MC34063A: Perché sto overcloccando questo chip?

Ho deciso di fare esperienza con i convertitori CC-CC e ho ottenuto un convertitore CC-CC MC34063A Onsemi . Dalla documentazione ho il foglio dati , la nota applicativa AN920 e il foglio di lavoro Excel . Il foglio dati menziona un'altra nota applicativa, l'AN954 / D, ma non riesco a trovarlo da nessuna parte.

L'idea era di ridurre da 12 V a 5 V con correnti fino a 500 mA e un'increspatura di 50 mV. Quindi ho letto le formule nel foglio dati, nella nota applicativa e nel foglio di lavoro e ho fatto alcuni calcoli.

Ho preso , dal valore massimo del foglio dati, sto usando 1N5817, quindi a 1 A, , tensione di ingresso minima, se I prendere la variazione al 10% è , tensione di uscita . Usando la formula dal foglio dati, questo mi dà . Ho selezionato la frequenza per il convertitore a 89 kHz, perché dovrebbe adattarsi perfettamente a un condensatore , ma ne più avanti. Quindi, che mi dà et t_ {on} = 6.15 \ mbox {} \ mu s$V_{sat}=1.3 \mbox{ } V$$V_{F}=0.45\mbox{ } V$$V_{in(min)}=10.8 \mbox{ } V$$V_{out}=5 \mbox{ } V$$\frac{t_{on}}{t_{off}}=1.21$$220 \mbox{ } pF$$t_{on}+t_{off}=11.24 \mbox{ } \mu s$$t_{off}= 5.09 \mbox{ } \mu s$$t_{on}=6.15 \mbox{ } \mu s$. Tutto ciò mi dà $C_t=246 \mbox{ } pF$ , quindi userò $220 \mbox{ } pF + 22 \mbox{ } pF=242 \mbox{ } pF$ . Avanti, ho il $I_{pk(swich)}=1 \mbox{ } A$ . Il resistore di rilevamento è R_ {sc} = 0.3 \ mbox {} \ Omega$R_{sc}=0.3 \mbox{ } \Omega$ , quindi userò 3 volte 1 $\Omega$ resistore Omega e li collegherò in parallelo. La prossima è il minimo di induttanza $L_{(min)}=28 \mbox { } \mu H$ . Avanti, c'è il condensatore di uscita $C_o=28.1 \mbox{ } \mu F$ . Infine ci sono i resistori di uscita. La formula è $V_{out}=1.25(\frac{R_2}{R_1}+1)$ . Ho scelto 4 volte $10 \mbox{ } k \Omega$ resistori \ mbox {} k \ Omega . Uno per $R_1$ e 3 in serie per $R_2$.

Ora diamo un'occhiata alla nota dell'applicazione e vediamo se hanno fatto qualcosa di diverso lì: Beh, la formula per è un po 'diversa e mi dà come valore minimo della resistenza di .$R_{sc}$$0.263 \mbox{ } \Omega$

Ora vediamo il foglio di lavoro di Excel: il nuovo parametro appare lì e il foglio di lavoro dice:$\frac { \Delta I_{L} } {I_{l(avg)} }$

Per la massima corrente di uscita, si consiglia di scegliere ΔIL in modo che sia inferiore al 10% della corrente media dell'induttore, IL (avg). Ciò contribuirà a impedire a Ipk (sw) di raggiungere l'attuale soglia limite impostata da RSC. Se l'obiettivo del progetto è utilizzare un valore di induttanza minima, lasciare ΔIL = 2 * IL (avg). Ciò ridurrà proporzionalmente la capacità della corrente di uscita.

Beh, io non sono sicuro di cosa fare qui, ma elevata corrente di uscita suoni bello così ho messo al 6% e il foglio di lavoro mi dà l'induttanza minimo di . Succede così che ho un induttore da 1 mH nella mia junk-box ( DPO-1.0-1000 ), quindi decido di usarlo.$920 \mbox{ } \mu H$

Infine, ho lo schema:

Ora, se capisco correttamente il funzionamento di questo dispositivo, il condensatore di temporizzazione viene utilizzato per fornire l'orologio che viene alimentato all'induttore secondo necessità. Se la resistenza di rilevamento ha una tensione troppo elevata (che significa condizione di sovracorrente) o il consumo è troppo basso, gli orologi vengono saltati. Per quanto posso vedere, non dovrebbe esserci modo per il chip stesso di cambiare la frequenza impostata dal condensatore.

Il mio problema sembra essere la frequenza di commutazione e il modo in cui cambia con il carico. Il regolatore è nella documentazione che dice di funzionare fino a 100 kHz e sto vedendo alcuni strani risultati sull'oscilloscopio. Sto misurando la forma d'onda sul diodo e sul condensatore di temporizzazione.

Ecco come appare senza carico:

Per quanto ne so, questo tipo di onda dovrebbe apparire perché il regolatore sta saltando i cicli e dovrebbe essere normale.

Successivamente, ho il carico con alcuni LED che assorbono circa 200 mA.

Nota che la frequenza è un po 'alta. Mi aspettavo 89 kHz e meno (dal momento che il circuito è su una breadboard e mi aspetto che ci sia capacità parassita dalle file vicine), ma è 99,6 kHz, che è proprio al limite del normale funzionamento.

Ecco cosa succede quando collego una scheda microcontrollore che lampeggia alcuni LED. La frequenza è più del doppio della frequenza operativa massima del regolatore.

Usando un resistore e un altro alimentatore, ho determinato che la massima corrente istantanea da questa scheda è 294 mA, quindi rientra nel limite dei 500 mA per cui ho progettato questo. L'ondulazione di uscita è di 680 mV picco-picco, quindi sembra essere più o meno fine e la tensione è di circa 4,9 V, quindi anche a me sembra più o meno normale.$1 \mbox{ } \Omega$

Quindi qualche idea di cosa sta succedendo con la frequenza qui? Ho provato con diversi condensatori di temporizzazione e tutti danno un comportamento simile e nessuno di loro mi dà la frequenza calcolata.

AGGIORNARE

Ecco l'oscillogramma dell'uscita usando il connettore del conduttore di terra di tipo elastico e la punta della sonda nuda sincronizzata con il picco di massima magnitudine:

AGGIORNARE

Per quanto riguarda la frequenza, ho trovato alcuni resistori ceramici da 10 Ω e ho provato a caricare l'alimentazione con uno di essi (che dovrebbe darmi un carico di 500 mA), ma ho ancora le alte frequenze e sembra essere in qualche modo correlato alla limitazione della corrente, da quello che posso vedere. Quando collego la resistenza, la corrente massima che posso ottenere è di circa 370 mA. Ho sperimentato diversi valori dei resistori di senso e con una maggiore resistenza dei resistori di senso, la frequenza aumenta.

Ecco un esempio della forma d'onda con resistenza da 1 Ω: $C_t$

ed ecco un resistore di rilevamento da 0,5 Ω:

La breadboard potrebbe causare problemi, controlla il layout (in particolare la sezione di feedback)

Inoltre, è possibile che l'induttore che stai usando non sia adatto: dice che è valutato solo fino a 100kHz, quindi il suo SRF (frequenza di risonanza automatica) è probabilmente piuttosto basso. Potrebbe causare instabilità.
Prova a cambiarlo in uno con un SRF più alto (ad es.> 500kHz), ma con capacità di corrente adeguata.

Ho citato il limite di output qui sotto ma abdullah ha ragione sul fatto che il limite di input è importante. Dipende dal carico, ma l'intero circuito da dentro a fuori dovrebbe essere il più piccolo e bassa impedenza possibile, idealmente usando un piano di massa. Su una breadboard che è "difficile" ;-)
Se il problema di frequenza non è presente con un carico costante, penso che Kit dica che si tratta di un problema di filtro di output, poiché lo switcher non sarà abbastanza veloce da adattarsi a cambiamenti di / dt elevati sull'output e non c'è "riserva". Aumenta la capacità del filtro di uscita e vedi se l'ondulazione diminuisce, se lo fa è quasi sicuramente il problema.

EDIT - Ah, vedo che l'hai provato con un resistore in uscita.
In quel caso sembrerebbe non sia il filtraggio. A questo punto penso che userei un diverso metodo di prototipazione che è più adatto a un regolatore di commutazione. Utilizzare anche un altro chip per ogni evenienza.
O incidere una scheda o utilizzare lo stile dead bug, oppure stripboard con un'attenzione molto attenta al layout. Se la frequenza è ancora troppo elevata, suppongo che sia parte del suo funzionamento e non sia coperta correttamente nel foglio dati - in questo caso, un'e-mail a OnSemi è al fine di vedere cosa hanno da dire.

EDIT 2 - Va bene, dopo ulteriori letture penso che il resistore di rilevamento (possibilmente combinato con il problema dell'induttore sopra menzionato) possa far scattare troppo spesso il senso corrente e aumentare la pendenza di carica del condensatore di temporizzazione. Ciò apparirà probabilmente come se l'oscillatore stesse cambiando più velocemente.
Una citazione pertinente dalla nota dell'app:

Quando questa tensione diventa maggiore di 330 mV, la circuiteria di limite di corrente fornisce un percorso di corrente aggiuntivo per caricare il condensatore di temporizzazione CT. Questo fa sì che raggiunga rapidamente la soglia dell'oscillatore superiore, accorciando così il tempo di conduzione dell'interruttore di uscita e riducendo così la quantità di energia immagazzinata nell'induttore. Ciò può essere osservato come un aumento della pendenza della porzione di carica della forma d'onda della tensione CT, come mostrato nella Figura 5.

Le forme d'onda del tuo oscilloscopio sembrano concordare con questa descrizione. Inoltre, se non hai provato a cambiare l'induttore, fai questo e vedi come va, inoltre potresti provare a non usare il senso corrente (cioè collegare semplicemente alla tensione di ingresso)

La mia ipotesi migliore sarebbe la quantità di filtro di output o eventualmente il dimensionamento su R_sc.

Nota il comparatore che si reinserisce nel gate e che controlla l'interruttore nel tuo schema. Se la corrente di carico cambia e provoca oscillazioni nel circuito di feedback della tensione, è possibile creare un aumento virtuale della frequenza PWM. Non ho abbastanza tempo per tracciare un grafico completo per te, ma fondamentalmente se l'aumento di corrente nel carico provoca l'accensione dell'interruttore (cioè se accendi un gruppo di led contemporaneamente), ma poi li riavvii rapidamente on, sarà sovrapposto al PWM 99,4 kHz e farà sembrare la frequenza di commutazione molto più alta.

L'altra cosa che potresti provare è rendere R_sc troppo grande e vedere come appare la forma d'onda su un carico davvero coerente. Come hai detto, la frequenza pwm non dovrebbe cambiare e l'assorbimento dovrebbe far aumentare lentamente il duty cycle perché la differenza tra la tensione di uscita e la tensione di ingresso dovrebbe avvicinarsi a 0 quando si raggiunge l'assorbimento massimo. In questo modo, tutta l'energia viene dissipata nella resistenza, nessuna nel convertitore di commutazione al massimo assorbimento. Avevo una ragione per cui pensavo che questo potesse essere un problema, ma sarò onesto, penso che sia la prima cosa.

Spero che aiuti! In bocca al lupo!

Quando si ha a che fare con i convertitori di modalità switch, è necessario prestare attenzione al massimo $\dfrac{di}{dt}$percorsi del circuito. Per determinare questi percorsi problematici, si può usare il diagramma della topologia e disegnarne gli stati. Diamo un'occhiata allo schema elettrico del convertitore buck, nei diversi stati l'interruttore:

Le linee rosse indicano l'alto flusso di corrente. Si può vedere che alcune parti rimangono ROSSE in entrambe le posizioni dell'interruttore e alcune parti cambiano colore. Quelli che cambiano colore sono i percorsi problematici, perché la corrente scorre attraverso di essi cambia, quando l'interruttore cambia posizione. Ciò significa che sono alti$\dfrac{di}{dt}$parti del circuito e richiedono attenzione durante la progettazione del layout. Guardate il mio questo post su come induttanza colpisce quando c'è alta variazione di corrente nel tempo. Quindi che si fa?

• Accorciare e allargare la traccia, quindi ridurre l'induttanza. Tuttavia, non renderlo più largo di quanto dovrebbe essere, altrimenti creerai un'antenna più grande per l'IME. Renderlo abbastanza largo da trasportare la corrente necessaria.
• Se queste tracce sono collegate alla rete GROUND, quindi cerca di impedire loro di correre il più possibile sul piano terra o sul bus di terra di una breadboard. L'unico percorso adatto per questo scenario è il percorso dall'anodo del diodo al conduttore di terra del condensatore di ingresso. Collegalo direttamente e in breve tempo .

Inoltre, alcune delle cose che vedi nello scope non sono realmente nel circuito stesso. Sono causati dal cavo di terra lungo della sonda dell'oscilloscopio. Accorciarlo, in questo modo:

Risorsa: linee guida per il layout dei PCB di National Semiconductor

Sono in ritardo di 7 anni, ma devo aggiungere la mia risposta per gli altri che si imbattono in questo problema: l'ondulazione molto elevata di 680mV (se non l'hai digitata male) all'uscita mi sembra che il tuo Co (condensatore di uscita) sia difettoso o non è del tipo a bassa ESR (resistenza in serie equivalente). L'ESR è fondamentalmente una "resistenza" del condensatore visto ad alte frequenze. Se il tuo condensatore ha una tensione nominale di 85 ° C, è molto probabile che sia un tappo ESR alto e non adatto per la commutazione di alimentatori. I cappucci a basso ESR sono generalmente classificati per almeno 105 ° C, anche se quelli ad alta tensione (sopra i 100 V) di solito rimangono a 85 ° C e sembrano andare bene considerando la tensione più alta: rapporti di corrente a tensioni più elevate. Sono sorpreso che nessuno qui abbia suggerito o addirittura menzionato tale possibilità.