[LUNGO] Convertitore DC/DC integrato

Innanzitutto mi scuso per la lunghezza di questo post ma ho bisogno di un parere circa una questione precisa e quindi ho pensato di fornire tutti i dettagli che potessero contribuire a chiarire il mio problema. Ringrazio tutti quelli che avranno la pazienza di leggermi e ancor di più chiunque avrà la gentilezza di rispondermi.

Ho bisogno di realizzare un convertitore che a partire da una alimentazione di 12Vdc generi una tensione di uscita negativa variabile da -35 a -30 V circa. Al momento non ho chiaramente definito le specifiche: il carico è piuttosto basso (diciamo circa 200 mA), il ripple tollerabile in uscita è di qualche decina di millivolt, l'efficienza è -entro certi limiti- sacrificabile mentre è abbastanza importante risparmiare spazio su scheda e quindi che l'integrato commuti a una frequenza dell'ordine del megahertz.

Sto pensando di utilizzare un LT3462 della Linear Technology e a conferma del fatto che l'integrato si adatta abbastanza bene all'uso che intendo farne a pagina 8 del datasheet

formatting link
viene mostrata una configurazione che fa quasi esattamente quello che mi serve.

Il problema è che simulando il circuito con il CAD della linear si evidenziano durante il transitorio di carica del condensatore di uscita dei picchi piuttosto intensi (diversi A) e di breve durata (qualche ns) nella corrente che scorre nello switch . Questi picchi si verificano in corrispondenza della fase ON quando attraverso lo schottky esterno (D1 nello schema) il condensatore "a ponte" trasferisce la carica al condensatore di uscita (la configurazione dell'integrato realizza un convertitore Cuk in cui all'induttore di uscita si sostituisce lo schottky che funziona da interruttore unidirezionale e realizza una sorta di pompa di carica) e, suppongo, sono dovuti proprio al fatto che il diodo presenta una bassissima resistenza ed essendo ancora nelle prime fasi del transitorio la differenza di potenziale tra i due nodi è ancora significativa. Ovviamente il transistore non è in grado di reggere queste correnti e infatti l'integrato ha al suo interno un circuito limitatore che spegne lo switch non appena la corrente che lo attraversa supera un limite di sicurezza, comunque molto più basso dei picchi che si vedono sul simulatore. Io ho formulato due ipotesi:

  1. il modello non è sufficientemente accurato, quindi i picchi nella realtà non si verificano e semplicemente il modello non implementa anche la limitazione di corrente.
2.la breve durata dei picchi è da imputarsi al fatto che il circuito limitatore entra in funzione ma risponde con un tempo abbastanza lungo da consentire comunque alla corrente di raggiungere livelli di diversi A.

Dal momento che l'applicazione è proposta dalla stessa LT suppongo che il circuito funzioni e quindi che, anche nella seconda ipotesi, il transistore sia costruito in modo da sopportare in regime impulsivo correnti molto più alte di quelle indicate sul datasheet (300 mA min, 420 mA typ.)

Probabilmente mi sto facendo dei problemi inutili ma ci terrei a sentire il parere di chi ne sa più di me, perciò...che ne pensate? Che metodo potrei usare per limitare in ogni caso l'ampiezza di questi picchi?

Grazie di nuovo a tutti quelli che sono giunti fino qui nella lettura :)

Marco

N.B. il messaggio è in cross-post su it.discussioni.ingegneria e it.hobby.elettronica.

Reply to
marco©
Loading thread data ...

I picchi che vedi sono anche dovuti alla modellazione incompleta del circuito. Non so come sia modellata nell'integrato la limitazione di corrente, ma quasi di sicuro nel circuito manca l'induttanza parassita nella maglia condensatore di uscita, diodo esterno, condensatore "in mezzo", interruttore. Queste induttanze limitano i picchi di corrente. Inoltre verrebbe da pensare che l'interruttore interno del modello sia molto veloce, piu` della realta`.

Comunque non ti preoccupare: questo integrato non va bene per la tua applicazione. La corrente massima dello switch e` di circa 350 mA, mentre nella tua applicazione ne serve molta di piu` (e non solo per nanosecondi, ma per tutto il tempo di chiusura dell'interruttore). Il circuito non e` un cuk, che ha due induttanze, ma un boost con invertitore di polarita`. Questa topologia e` abbastanza rumorosa in uscita, non so se riesci a stare sotto i 10 mV che ti servono.

Il Cuk e` decisamente piu` silenzioso, ma per questo integrato non va bene nel tuo caso, perche' la tensione su switch e diodo nel Cuk e` data dalla somma di Vin e -Vout, quindi nel tuo caso 45V circa.

Morale: ti tocca cercare un altro integrato, eventualmente con mos esterno. Se vai sul Cuk, puoi anche considerare di avvolgere gli induttori sullo stesso nucleo, ti fa risparmiare spazio.

--

Franco

Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)
Reply to
Franco

Innanzitutto grazie per la pazienza e la disponibilità. Ho sempre apprezzato i tuoi interventi e mi fa molto piacere vedere che hai deciso di condividere di nuovo con noi parte della tua esperienza e della tua competenza :) Mi scuso per il ritardo nella risposta e spero di poterne approfittare ancora un po' ;-)

In effetti non avevo considerato l'aspetto dei parassitismi induttivi. Volessi inserire un' induttanza per modellizzare questo aspetto che valori dovrei utilizzare all'incirca? Mi basta un ordine di grandezza, tanto per ottenere simulazioni più realistiche, anche per il futuro. Per quanto riguarda la velocità di commutazione dell'interruttore, il fronte di discesa della tensione di collettore da simulazione ha una pendenza di circa 2.9e9 V/s si tratta di un valore realistico per un NPN di potenza?

Questo punto non mi è molto chiaro..mi potresti dare qualche dettaglio in più?

Rileggendo il mio post precedente tra l'altro mi sono accorto di non aver specificato che i 200 mA sono di picco massimo, mentre la corrente media è di circa 60 mA. Si tratta di due generatori di corrente in parallelo, ciascuno con una corrente media di 30 mA e con picchi (occorrenti ad istanti casuali) di 100 mA. Il rise/fall-time dell'impulso è di 5ns mentre la durata dell'impulso è di 100ns. Posto che posso utilizzare due integrati separati e/o un integrato a due canali qual'è il limite di corrente che dovrei considerare?

In effetti ottengo in uscita un ripple di circa 50mV picco-picco, che potrebbe comunque essere un risultato accettabile. Al momento uso 3 condensatori al tantalio da 10 uF con una ESR di 120 mOhm (non ho potuto utilizzare ceramici perchè ho difficoltà a trovare condensatori di questo valori con un voltage rating sufficiente) E' sempre vero anche in questa topologia che il ripple è sostanzialmente dato dal prodotto del ripple di corrente in uscita per la ESR?

Questo punto mi interessa particolarmente: oltre ai vantaggi di spazio l'uso di induttori accoppiati da altri vantaggi? E' possibile (e sensato) realizzare i due induttori con un diverso numero di spire?

Grazie e bentornato :)

Marco

Reply to
marco©

"marco©" ha scritto nel messaggio news:YNi8h.21556$ snipped-for-privacy@tornado.fastwebnet.it...

Aggiungo anche i dati relativi alla transizione di spegnimento: il fronte di salita ha un pendenza di 6.8e8 V/s

Marco

Reply to
marco©

Un collegamento di filo piccolo distante da piani di 0V o dal ritorno ha una induttanza di circa 1 nH/mm che puo` essere un buon ordine di grandezza da cui partire. Se il layout e` fatto bene (piano di 0V, loop piccoli) allora puo` essere di meno. Il problema e` che quando introduci induttanze piccole nel circuito la convergenza dell'analisi in transitorio diventa piu` critica, perche' entrano costanti di tempo piu` corte che costringono il motore di integrazione a stringere il passo finche' si pianta :(

Per quanto

Mi sembra un po' elevato: 10 ns di tempo di salita per 30V e` proprio troppo per un bipolare (almeno credo sia tale)

Sono partito dall'ipotesi che ti servano 200mA in uscita a 30V. Con rendimento unitario vuol dire che in ingresso la corrente vale

30V/12V*200mA=500mA, che e` la corrente media che passa in L. Quando chiudi l'interruttore questa corrente passa nel transistor. Contemporaneamente passa anche quella del diodo di uscita. Se lavori in modo continuo, il duty cycle e` di circa il 60% (in fin dei conti e` un boost con un invertitore di tensione, sto supponendo che la tensione ai capi di C2 sia costante), e la corrente che passa nel diodo "di fuori" e` in media 200 mA, ma se conduce solo per il 60% del tempo sara` di 333mA (in realta` non e` spalmata cosi` bene lungo tutto Ton, e` piu` forte all'inizio). Totale nell'interruttore passano piu` di 800 mA (salvo papere o altre cazzate).

Non ho capito bene. Gli impulsi di corrente devono arrivare da condensatori ceramici smd. Se la corrente media e` solo di 30 mA dovresti farcela, a 60 mA avrei dei dubbi, perche' la corrente nell'interruttore sarebbe di 830mA* 60mA/200mA=250mA, ma ho introdotto un po' di semplificazioni, e in generale la realta` e` sempre peggio dei calcoli (principio della massima sfiga, subito dietro, come importanza, alla legge di ohm).

Si`, e la corrente che passa nel diodo vale circa 1/0.6 volte quella media di uscita. Se hai 60 mA medi, vogliono dire 100 mA di picco, che per 40 mohm di esr fanno 40 mV di picco picco.

Vado a memoria: gli induttori accoppiati riducono l'ordine delle funzioni di trasferimento quindi diventa piu` facile controllare il sistema, e si puo` ridurre in modo drastico il ripple sia in ingresso che in uscita. Lo zero a destra nella funzione tensione di uscita rispetto al duty cycle rimane sempre presente (ma si puo` spostare a sinistra con un gruppo RC), mentre per quanto riguarda il rapporto spire non me lo ricordo :(, mi servirebbe una decina di minuti di pensate, ma e` tardi. Posso cercare qualche riferimento. Se vuoi cercare tu, usa come parole chiave integrated magnetic.

Ciao

--

Franco

Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)
Reply to
Franco

"Franco" ha scritto nel messaggio news:t8M8h.22615$ snipped-for-privacy@newssvr12.news.prodigy.com...

In effetti sul simulatore venivano fuori cose piuttosto strane, probabilmente i problemi di convergenza di cui parli. Credo comunque che verificherò la situazione reale in fase di testing del prototipo :-) >

Ho risolto il problema cambiando l'integrato come suggerivi. Ora ho 2A di corrente massima, dovrebbero bastare ;-)

Mi spiego meglio: sto realizzando l'alimentazione per una scheda che deve alimentare i circuiti di spegnimento attivo di un modulo composto da due fotodiodi a valanga operanti in geiger-mode. L'impulso di corrente richiesto all'alimentazione ha appunto un valore massimo di 100mA e i tempi di salita/discesa che ho indicato. La durata è ovviamente determinata dal circuito di spegnimento che agisce resettando il sensore e polarizzandolo sotto breakdown non appena viene rivelata la valanga. Considerando il caso di massimo assorbimento (entrambi i pixel vanno in valanga contemporaneamente) saltano fuori i 200 mA. Al momento comunque utilizzo un modulo a due canali con due switch separati e dovrei avere meno problemi.

A dire il vero già queste poche righe mi offrono diversi spunti di riflessione ;-) Al momento non ho molto tempo ma non oso approfittare oltre della tua gentilezza, appena avrò qualche minuto farò le ricerche che consigli :) Ciao e ancora grazie :-)

Marco

Reply to
marco©

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.