Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica 3V na 5V 2A i symulacja w LT Spice

Losik123 15 Mar 2016 00:33 600 4
  • #1 15 Mar 2016 00:33
    Losik123
    Poziom 5  

    Witam serdecznie. Od jakiegoś czasu walczę z sensownym zaprojektowaniem przetwornicy typu step-up z 3V na 5V. Ze względu na to, że jest to część większego projektu pojawia się wymaganie dotyczące wydajności prądowej, która jest szacowana na ok. 2A. Już symulowałem naprawdę wiele układów z tranzystorami bipolarnymi, mosfetami, darlingtonem w wielu różnych konfiguracjach ... i tematów też trochę przewałkowałem zarówno na elektrodzie jak i różnych zagranicznych stronach. Symulację przeprowadzam w programie LT Spice. Mam kilka pytań dotyczących zarówno programu jak i samej przetwornicy. Dodam jeszcze, że projekt zakłada, że układ będzie w głównej mierze analogowy (poza ewentualnie jakimś układem pulsującym typu 555).

    1) Podczas symulowania jednego z układów opartego na tranzystorze bipolarnym uzyskałem na cewce natężenie prądu o wartości maksymalnej 33A(!)(przy 3V na wejściu, oraz 5V 2A na wyjściu). Zakładam, że mało prawdopodobne jest, żeby taka typowa cewka (tutaj akurat 18uH) to przeżyła, ale też nie wiem w jakim stopniu mogę ufać programowi, więc chciałbym się zapytać jak te symulacje mają się do rzeczywistych układów, czy nie są zbyt wyidealizowane i czy ewentualnie można założyć, że taki prąd się nie wytworzy w obwodzie (biorąc pod uwagę, że te 3V pochodziłyby z dwóch paluszków AAA)?

    2) Ze względu na to, że układ będzie pracował ze zmiennym obciążeniem, a dość ważne jest by na wyjściu było napięcie stałe w czasie, typowe układy przetwornic nie są do końca optymalnym rozwiązaniem gdyż napięcie wyjściowe zmienia się zależnie od obciążenia - tutaj moje pytanie czy wstawienie stabilizatora 5V przed wyjściem układu (co wymusi min. ~7V na wejściu stabilizatora) jest dobrą praktyką czy mija się z celem ze względu na straty?

    3) Czy ktoś jest w stanie polecić jakiś w miarę sensowny układ, który spełni moje wymagania czy jednak jest to mało prawdopodobne by udało się to uzyskać te 5V 2A z 3V?

    4) Czy lepszą praktyką jest stosować tranzystory bipolarne czy FETy w układach przetwornic? Niby FETy generują mniejsze straty prądowe, ale czy to aż tak wpływa na wynik końcowy?

    Pozdrawiam

    0 4
  • #2 15 Mar 2016 11:36
    vonar
    Poziom 28  

    1. Taki prąd szczytowy w boost przy tych parametrach mógłby być (tylko w symulacji) jeśliby pominąć rezystancję wewnętrzną baterii lub dać jakiś ogromny kondensator wejściowy i do tego pracować z absurdalnie niska częstotliwością (kilkaset Hz).
    2. Od tego jest sprzężenie zwrotne. Poza tym, podczas pracy w trybie CCM nawet bez stabilizacji napięcie wyjściowe w stanie ustalonym zależy (pomijając rezystancje etc.) tylko od wypełnienia i napięcia wejściowego (chociaż w stanach przejściowych może znacznie spaść lub wzrosnąć).
    3. Może LTC1872?

    0
  • #3 15 Mar 2016 11:42
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    1) Podczas symulowania jednego z układów opartego na tranzystorze bipolarnym uzyskałem na cewce natężenie prądu o wartości maksymalnej 33A(!)(przy 3V na wejściu, oraz 5V 2A na wyjściu). Zakładam, że mało prawdopodobne jest, żeby taka typowa cewka (tutaj akurat 18uH) to przeżyła, ale też nie wiem w jakim stopniu mogę ufać programowi, więc chciałbym się zapytać jak te symulacje mają się do rzeczywistych układów, czy nie są zbyt wyidealizowane i czy ewentualnie można założyć, że taki prąd się nie wytworzy w obwodzie (biorąc pod uwagę, że te 3V pochodziłyby z dwóch paluszków AAA)?
    Tak duży prąd zapewne nie popłynie - ograniczą go rezystancje w układzie i Rw baterii, jednak taki wynik świadczy o tym że parametry są źle dobrane, zapwne przy takich skrajnościach symulacja będzie znacząco odbiegać od rzeczywistego układu, ale w rzeczywistym ukladzie też nie będzie dobrze.


    2
    Cytat:
    ) Ze względu na to, że układ będzie pracował ze zmiennym obciążeniem, a dość ważne jest by na wyjściu było napięcie stałe w czasie, typowe układy przetwornic nie są do końca optymalnym rozwiązaniem gdyż napięcie wyjściowe zmienia się zależnie od obciążenia - tutaj moje pytanie czy wstawienie stabilizatora 5V przed wyjściem układu (co wymusi min. ~7V na wejściu stabilizatora) jest dobrą praktyką czy mija się z celem ze względu na straty?
    Co masz na mysli pisząc że napiecie sie zmienia parametry statyczne czy dzynamicze?
    Cytat:

    4) Czy lepszą praktyką jest stosować tranzystory bipolarne czy FETy w układach przetwornic? Niby FETy generują mniejsze straty prądowe, ale czy to aż tak wpływa na wynik końcowy?
    W układach niskonapięciowych warto zadbać o małe straty na tranzystorze, jeśli masz zasilanie 3V to tranzystor z napieciem nasycenia 1V zmarnuje 33% dostarczonej energii a to nie jedyny element na którym są straty. Zazwyczaj najlepszym wyborem jest MOSFET, choć w ukłądach startujących przy bardzo niskim napięciu czasami stosuje się bipolarne specjalnie zoptymalizowane na niskie napięcie nasycenia.

    0
  • #4 15 Mar 2016 22:32
    Losik123
    Poziom 5  

    jarek_lnx napisał:
    Co masz na mysli pisząc że napiecie sie zmienia parametry statyczne czy dzynamicze?

    Chodziło mi bezpośrednio o statyczną wartość napięcia. Przykładowo układ przy obciążeniu 20Ω generuje 5.4V, a zmiana obciążenia na 5Ω powoduje spadek do 4.9V. Z tego co wyczytałem jest to "naturalna" cecha przetwornic i nie ma za bardzo jak tego obejść (pomijając oczywiście projektowanie przetwornicy pod konkretne obciążenie - jednak w moim przypadku obciążenie będzie się zmieniać w dość szerokim zakresie).

    W każdym bądź razie dzięki za odpowiedzi, prawdopodobnie na weekend pobawię się w konstruowanie przetwornicy być może nawet słabszej, żeby chociaż ten 1A dawała, bo temat wydaje się dość ciekawy, a może do tego czasu okaże się, że coś się uda zdziałać pod kątem 2A (zawsze mam też plan B w postaci dorzucenia kolejnego paluszka i zadania napięcia wejściowego 4,5 V)

    Aczkolwiek w dalszym ciągu jeśli ktoś jest w stanie pomóc bądź ma pomysł jakby to zrobić, to odpowiedzi mile widziane :)

    0
  • #5 16 Mar 2016 14:17
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Losik123 napisał:
    Chodziło mi bezpośrednio o statyczną wartość napięcia. Przykładowo układ przy obciążeniu 20Ω generuje 5.4V, a zmiana obciążenia na 5Ω powoduje spadek do 4.9V. Z tego co wyczytałem jest to "naturalna" cecha przetwornic i nie ma za bardzo jak tego obejść (pomijając oczywiście projektowanie przetwornicy pod konkretne obciążenie - jednak w moim przypadku obciążenie będzie się zmieniać w dość szerokim zakresie).
    Prawda jest taka że przetwornice mają gorszą odpowiedź impulsową na skokową zmiane obciążenia, pętla sprzężenia zwrotnego musi mieć ograniczone pasmo żeby nie przenosiła częstotliwości kluczowania.
    Ale jeśli chodzi o parametry statyczne to nie ma żadnych problemów żeby wzmacniacz błędu miał wzmocnienie nawet 140dB i regulował z dokładnością do uV (poza tym że mało kto stosuje precyzyjne wzmacniacze do zasilaczy) Ja kiedyś w zasilaczu liniowym użyłem OP07 (stary tani precyzyjny) + jeszcze jeden stopień wzmocnienia i uzyskałem rezystancje wyjściową 15uOm (przy pracy czterozaciskowej) w impulsowym też tak się da ale to sztuka dla sztuki.

    0