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

Jak dodać histerezę do wejścia enable przetwornicy DC/DC

ghost666 07 Gru 2018 12:00 1263 3
  • 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


    Fajne! Ranking DIY
  • #2 10 Gru 2018 07:10
    Linoge
    Poziom 26  

    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.

  • #3 10 Gru 2018 08:07
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Linoge napisał:
    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 11 Gru 2018 07:02
    Linoge
    Poziom 26  

    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.