Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC

ghost666 07 Dec 2018 12:00 2151 3
e-mierniki
  • Czy w wykorzystywanej przez Ciebie przetwornicy DC/DC wejście enable nie posiada histerezy? Albo wbudowana w układ histereza jest zbyt mała w danej aplikacji? Poniższy artykuł pokazuje, jak w prosty sposób, zapewnić szerszą histerezę tego rodzaju wejścia w scalonej przetwornicy impulsowej.

    Wejście enable w przetwornicy służy, w dużym uproszczeniu, do załączania jej. Konieczne jest z jednej strony zdefiniowanie ścisłych poziomów, dla których przetwornica ma się włączać i wyłączać, a z drugiej strony dobrze, aby wejście to wyposażone było w histerezę. Stanie się dzięki temu odporniejsze na szum i zakłócenia.

    Przedstawione poniżej analizy i obliczenia powtórzyć można samodzielnie, korzystając z jednej z trzech przedstawionych metod (lub ich dowolnej kombinacji) - obliczeń z wykorzystaniem arkusza w Excelu, symulacji z pomocą TINA-TI oraz testów na płytce ewaluacyjnej danego układu.

    Dodawanie histerezy do komparatora to standardowa praktyka w elektronice, która ma zapewnić temu układowi lepszą odpowiedź na zaszumiony sygnał. Takie samo podejście zastosowań można do przetwornicy DC/DC i jej wejścia sterującego. Wystarczy dodać opornik łączący wyjście przetwornicy z wejściem enable. W ten sposób napięcie na wejściu enable podciągane będzie do napięcia wyjściowego z przetwornicy, po jej załączeniu.

    Na rysunku 1 pokazano uproszczony schemat tego rodzaju podłączenia wejścia enable w przetwornicy impulsowej.

    Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC
    Rys.1. Uproszczony schemat przetwornicy DC/DC.


    Do obliczenia wartości oporników w systemie wykorzystać możemy równania od (1) do (4):

    $$R_T(k\Omega) = \frac {\frac{V_{ON} - V{EN}} {V+{EN}}} {1 + \frac{V_{ON} - V{EN}} {V+{EN}}} \times \frac {V_{IN}} {I_{DRAW}/1000}$$ (1)

    $$R_B || R_{HYS}(k\Omega) = \frac {V_{ON}} {I_{DRAW}/1000} - R_T$$ (2)

    $$R_{HYS}(k\Omega) = \frac {V_{OUT}} {\frac {V_{EN}} {R_{HYS} || R_B} = \frac {V_{OFF} - V{EN}} {R_T}}$$ (3)

    $$R_B(k\Omega) = \frac {R_B||R_{HYS} \times R_{HYS}} {R_{HYS} = R_B||R_{HYS}}$$ (4)

    gdzie RT to rezystancja górnego opornika przy wejściu enable, a RB to rezystancja dolnego opornika; napięcie VON to zadane napięcie załączenia się wejścia enable, a VOFF napięcie wyłączenia przetwornicy. RHYS to opornik histerezy, a IDRAW to prąd pobierany przez oporniki.
    VEN to progowe napięcie załączenia przetwornicy, które odczytujemy z jej karty katalogowej.

    Przykład

    W tym przykładzie chcemy, by przetwornica załączała się w momencie, gdy napięcie wejściowe osiągnie 10 V, a wyłączała, gdy spadnie poniżej 7,5 V. Oznacza to histerezę wynoszącą 2,5 V w sygnale enable. Dla tego przykładu parametry projektowe są następujące:

    typowe VIN = 12 V
    VON = 10 V
    VOFF = 7,5 V
    VOUT = 5 V
    VEN = 1,2 V (bez wbudowanej w układ scalony histerezy)

    Przyjrzyjmy się teraz obliczeniom, jakie wykonujemy dla tego przykładu, sprawdźmy ich poprawność w symulatorze i finalnie na płytce uruchomieniowej.

    Krok 1: Wyznaczenie wartości rezystorów w systemie.

    Prosty kalkulator wartości oporników w naszym systemie w postaci arkusza Excel znaleźć możemy tutaj. W żółtych polach (patrz tabela poniżej) wpisywane są dane projektowe układu oraz parametry, takie jak maksymalny pobierany przez układ prąd itp. Jest to bardzo istotny parametr, szczególnie w systemach zasilanych bateryjnie. Zazwyczaj wartość ta ma kilka mikroamperów.

    Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC


    Zapisany w Excelu kalkulator pozwala na szybkie obliczenie odpowiednich wartości oporników dla danych VON i VOFF. W tabelce zebrane są wartości dla RT, RB oraz RHYS.

    Krok 2: Symulacja pracy układu w programie TINA-TI.

    Do symulacji załączania i wyłączania się przetwornicy wykorzystać można pakiet TINA-TI. Symulacje pozwolą nam w prosty sposób sprawdzić zachowanie układu dla różnych wartości oporników w systemie. Wykorzystajmy to do dobrania ich wartości z wybranego przez nas szeregu i przetestujmy układ dla całego zakresu napięć wejściowych i wyjściowych przetwornicy.

    Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC
    Rys.2. Schemat wykorzystany do symulacji w TINA-TI.


    Klikamy w przycisk analizy (Analysis) i wybieramy badanie stanów przejściowych (Transient Analysis). Analizując przebieg w czasie od 750 ms do 1,75 s będziemy w stanie zaobserwować cały cykl pracy - załączenie i wyłączenie przetwornicy.
    Na rysunku 3 zaprezentowano otrzymany wynik analizy.

    Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC
    Rys.3. Wyniki analizy stanów przejściowych w TINA-TI.


    Krok 3: Walidacja rozwiązania na płytce uruchomieniowej.

    Po wyznaczeniu wartości oporników, jakie dają zadowalające nas rezultaty w symulatorze, możemy sprawdzić rozwiązanie to w fizycznym układzie.

    W module uruchomieniowym dla LM73605 od Texas Instruments bardzo łatwo jest dodać oporniki zapewniające tego rodzaju histerezę. Wystarczy teraz dołożyć do przetwornicy niewielkie obciążenie rezystancyjne i z powodzeniem przetestować można wejście enable dla całego zakresu napięć sterujących. Na rysunku 4 zaprezentowano wynik tego rodzaju pomiaru z wykorzystaniem oscyloskopu.

    Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC
    Rys.4. Testowanie układu na płytce uruchomieniowej.


    Podsumowanie

    Kalkulator w arkuszu Excela pozwala na łatwe wyliczenie rezystancji potrzebnych do dodania układu histerezy do wejścia enable przetwornika. Następnie z pomocą symulacji można potwierdzić działanie wg wcześniejszych założeń i dobrać dokładnie wartości do zadanych poziomów napięć włączenia i wyłączenia. Finalnie, symulowany układ można przetestować na płytce uruchomieniowej lub zestawiając układ na płytce stykowej.

    Dzięki takiemu podejściu możemy łatwo i szybko uzupełnić nasz zasilacz o histerezę wejścia załączającego przetwornicę, co z pewnością poprawi stabilność i odporność systemu na zakłócenia.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2018/11/12/how-to-add-hysteresis-to-a-dc-dc-converter

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11099 posts with rating 9415, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • e-mierniki
  • #2
    Linoge
    Level 27  
    Takie trochę bez sensu podejście. Zasilanie wzmacniacza bezpośrednio z linii zasilania układu. Wszystkie zakłócenia wchodzą jak w masło.
    Dużo lepiej moim zdaniem zrobić POR po stronie wtórnej. Brak członu całkującego też nie wpływa na niezawodność rozwiązania.
  • e-mierniki
  • #3
    ghost666
    Translator, editor
    Linoge wrote:
    Takie trochę bez sensu podejście. Zasilanie wzmacniacza bezpośrednio z linii zasilania układu. Wszystkie zakłócenia wchodzą jak w masło.
    Dużo lepiej moim zdaniem zrobić POR po stronie wtórnej. Brak członu całkującego też nie wpływa na niezawodność rozwiązania.


    Jakiego wzmacniacza? Mowa o przetwornicy DC/DC, którą zazwyczaj zasila się z linii zasilania układu...
  • #4
    Linoge
    Level 27  
    Przepraszam źle spojrzałem. Myślałem że układ wymaga dołożenia komparatora jak na symulacji.
    Jednak dalej uważam iż jest to problematyczne rozwiązanie bo:
    - jeśli to jest przetwornica "główna" to napięcia muszą być tak dobrane by margines był odpowiedni nawet z tętnieniami, szarpanie linią zasilania nigdy nie przynosi pozytywnych efektów.
    - jeśli jest to kolejna przetwornica w układzie, musi być on tak zaprojektowany (izolacja galwaniczna) by przypadkowo nie zasilać procka lub innego układu co się dzieje np. przez diodę w gpio i powoduje nieprzewidywalne zachowanie układu w momencie uruchamiania/powrotu napięcia zasilania.
    - wymaga obciążenia wstępnego

    Mam też dziwne wrażenie iż kształt napięć prze uruchamianiu może być daleki od oczekiwanych.