Convertor DC-DC cu TPS54302

[dark_angel]

Acum 3 ore, merck a spus:

Poti apela la un program de simulare si te convingi imediat.

I-ai dat la operatie lui Dudica cu o astfel de recomandare.

Ce sa-i faci.... "niste amatori" baietii de la Texas care ne ofera posibilitatea sa folosim Tina gratuit.

 

Ce ma mira pe mine este altceva: nu faptul ca se preface ca nu ar mai sti cum merge un banal buck, dar nu a gasit suport la chatgpt cu bobinele si condensatorii??! Nasol... unde se indreapta omenirea?

 

P.S. pt probleme cu memoria exista lecitina sau functia search a forumului etc.

 

TPS62933 pe la 1MHz cred ca ar merge mai onorabil fata de 54302 la 400k folosind bobina mult discutata mai sus. Scapa si cu filtraj mai mic la iesire.

[cristi7521]

@Blacksmith, da, convertorul functioneaza corect cu cei 3 condensatori ceramici pe iesire. Ai grija totusi la alegerea condensatorilor, de exemplu cei de mai jos pierd 70% din valoare cand sunt pusi la 14V - graficul DC Bias Characteristics

https://product.samsungsem.com/mlcc/CL31B106KAHNNN.do

Daca vrei riplu mai mic la iesire poti sa mai adaugi un filtru LC, de exemplu 1-2uH cu 10uF

[Blacksmith]

@cristi7521 I-am ales pe astia: https://www.lcsc.com/product-detail/Multilayer-Ceramic-Capacitors-MLCC-SMD-SMT_YAGEO-CC1210KKX7R9BB106_C596319.html

Si pentru intrare si pentru iesire. Pe intrare pun 1, pe iesire 3. Sint 10uF la 50V.

M-am uitat in datasheet-ul lor dar nici de ai dracu nu scrie cat pierd la tensiune mare.

Dar ma gandesc ca nu pot sa fie prea diferiti fata de toti conzii ceramici.

Cei pe care ii recomanda TI sint tot la 50V si pierd jumatate din capacitate la 14V. Deci toti 3 ar mai avea 15uF. Probabil ca de 15uF e nevoie in schema si de asta se recomanda 3 x 10uF.

[sesebe]

Și pe intrare ar trebui mai mulți, mai ales ca pe intrare pierd și mai mult din capacitate iar condesatorii de pe iesire se încarcă pe durata de ON din condesatorul de pe intrare. 

[cristi7521]

Da, e ok, la 15V pierde 54%, la 20V pierde 67%

https://www.yageo.com/en/Chart/Index/CC1210KKX7R9BB106#chart_dc_bias

Daca intre intrare si sursa de tensiune de 17V ai fire mai lungi pune obligatoriu si un electrolitic la intrare in paralel cu cel ceramic. Daca este doar ceramic (sau mai multi ceramici) si aplici tensiune printr-un comutator apare o oscilatie care distruge circuitul buck TPS54302. Daca adaugi un electrolitic nu mai ai aceasta problema. Alta solutie este sa adaugi un TVS de 18V pe intrare.

Editat Decembrie 24, 2023 de cristi7521

[Blacksmith]

Firele nu cred ca vor depasi 10cm... Depinde cum o sa le asez.

Pai si cum as putea sa fac ca sa am 10uF si cu electrolitic si cu ceramic ?

Acum nici nu stiu ce fel de electrolitic trebuie sa fie...

[dark_angel]

https://www.lcsc.com/product-detail/Tantalum-Capacitors_Kyocera-AVX-TAJC106K035RNJ_C7211.html

5 din astia pe intrare cred ca ar tine loc de un electrolitic chior

 

ori in aceeasi bani 2 de 47uF daca ai loc pe pcb https://www.lcsc.com/product-detail/Tantalum-Capacitors_Kyocera-AVX-TAJD476K025RNJ_C7228.html

Editat Decembrie 24, 2023 de dark_angel

[Blacksmith]

Fata de altele, situatia asta e foarte penibila pentru mine, ca nu stiu ce sa aleg din ce imi recomandati... Pentru ca nu ma pricep deloc la problema asta. 

De exemplu, acum daca TI recomanda 10uF pe intrare si voi imi ziceti sa pun 2 x 47uF... eu ce sa fac ?

Eu nici nu inteleg ce dracu trebuie sa filtreze condul asta pe intrare, ca acolo e tensiune continua deja filtrata de 17V.

[dark_angel]

Asum o sarcina tipica la iesire de peste 1A -> pai la intrare te astepti sa "traga" curent in ritm constant (a se citi continuu) ? sau exista un nivel minim DC peste care convertorul trage in sughituri? Unde frecventa sughitului este data de comanda tranzistorului de putere.

 

Arunca un ochi aici https://www.ti.com/lit/an/slyt670/slyt670.pdf

Nu are rost sa te stresez cu teoria dar presupun ca stii si tu caracteristicile ideale ale unei surse DC si cele reale (cu limitarile ce decurg de acolo).

In cazul de fata unde ai o diferenta relativ mica intre Vin si Vout.... vrei un riplu cat mai mic la intrare altfel o sa il transferi si la iesire si poti destabiliza functionarea convertorului daca Vin scade prea mult etc. Daca la un LDO ai PSRR aici vorbim de line regulation fiind vorba de un buck.

Unele circuite de control au protectie de under-voltage pe intrare si poti activa acea protectie si sa intrii intr-o bucla infinita etc (comportamentul depinde mult si de arhitectura circ. de control).

Daca vrei sa calculezi riguros o sa ajungi la ESR, ESL si ce mai trebuie legat de iesirea sursei de 17V (fiindca ma indoiesc sa aiba sute de uF MKT sau MKP la iesire .... ca nu e o sursa pt echipamente de Boeing 747 etc).

Editat Decembrie 24, 2023 de dark_angel

[Marian]

Si uite de ce teoria e buna la orice, aici te-ar fi ajutat sa intelegi mai bine recomandarile.
 

Condensatorii de pe intrare nu "filtreaza" nimic la modul la care intelegem termenul de "filtrare", tensiunea fiind deja continua. Ei sunt un rezervor local de energie pentru convertor, reduc impedanta alimentarii pe un anumit spectru de frecvente, cei de valori mari la frecvente mai joase, iar cei de valori mici la frecvente ridicate.

Asta pentru ca legaturile dintre convertor si sursa ce-l alimenteaza au rezistenta si inductanta parazite, deci impedanta parazita, asta trebuie redusa, si asta face "filtrarea" aia de pe alimentare.

Tot din cauza asta ceramicii de valori mici ( zeci sau sute de n ) se pun fizic cat mai aproape de pinul de alimentare al integratului, pentru a combate cat mai eficient toate efectele elementelor parazite de la sursa pana la pinul respectiv. 

 

Din propria experienta spun ca nu are sens sa-ti bati capul cu MLCC-uri la valori asa mari, pentru ca ceramici multistrat de ordinul uF si la tensiuni suficient de mari sa combati efectele tensiunii continue asupra capacitatii lor, se gasesc greu si sunt scumpi. 

Poti merge linistit pe electrolitici SMD de cateva zeci de uF, dublati de ceramici X7R cat mai aproape de CI.

Sau, daca vrei neaparat fiabilitate pe termen lung mergi pe polimeri de cativa zeci de uF ( mai scumpi dar de cursa foarte lunga ), la fel dublati de MLCC-uri.

Probabil ar merge si tantal de 10uF, desi eu daca am de ales ma feresc de tantal, am explicat demult de ce.

Pe iesire aceeasi poveste, ceva electrolitici sau polimer de ceva zeci de uF, dublati de mlcc-uri.

Si, ca o nota, normal ca sunt deajuns cateva zeci de uF pe iesirea unui convertor care functioneaza la cateva sute de khz, cu o perioada de doar 2,5uS, si functie de umplere, Toff si sub 2uS, filtrarea trebuie sa acopere sarcina pe un spatiu foarte redus in timp, deci nu e nevoie de filtrare exagerata.

 

Inductanta nu variaza cu frecventa pentru ca nu este o rezultanta a frecventei, poate sa difere foarte putin functie de diversi factori constructivi sau modalitati de masurare. 

Teoretic inductanta ideala e cea fara miez, fara acel miez magnetic dispar si limitarile lui, dar o inductanta fara miez este foarte voluminoasa datorita permeabilitatii foarte reduse a "aerului". Totodata o inductanta fara miez iradiaza si foarte mult emi ( cel mai mult ).

Practic inductantele au miez si au limitari pe care ti le asumi atunci cand le alegi.

Principalul factor fiind curentul care trebuie sa fie mult mai mare decat cel continuu maxim necesar tie, asta deoarece varfurile ciclice de curent sunt mult mai mari decat media de sarcina, si de alea trebuie sa tina cont alegerea inductantei, pentru a evita chiar si apropierea de zona de saturatie, unde permeabilitatea incepe sa scada brusc si scade deci mult inductanta, influentand in mod negativ functionarea regulatorului. 

A explicat @UDAR deja un foarte bun criteriu de selectie, deci nu insist.

 

Teoria vine si ne lamureste si la selectia valorii optime, pentru ca la aceiasi parametri de lucru o inductanta mai mare inseamna riplu de curent ( variatie de curent ) mai mic, deci stres mai redus pe condensatori, ceea ce aparent e ceva benefic, deci cat mai mare cu atat mai bine.

Ei bine nu chiar, pentru ca o inductanta mai mare valoric e si mai mare gabaritic vorbind ( si mai scumpa ), mai ales daca tinem cont cu strictete de subiectul "curent". 

Apoi, pe langa faptul ca valoarea sa este luata in calcul de compensarea in frecventa a integratului ( deci nu poate fi oricare daca vrei regulator stabil in orice conditii ), o variatie prea mica in curent inseamna un raspuns lent al buclei de reactie in tensiune. 
Invers, o inductanta mai mica, inseamna o bucla de reactie mai rapida, dar si un riplu de curent mai mare, deci stres mai pronuntat pe condensatori, plus ca inductanta prea mica te poate duce in anumite conditii la discontinuu...

Inductanta optima se calculeaza stabilind in prealabil frecventa de lucru, Ton si Toff,  si variatia de curent aleasa. 

Adica daca ai calculator de la producator, si-ti zice ala o inductanta recomandata, o pui pe aia, ca stie el producatorul de ce o cere.

 

Stiu, m-am lungit mult pentru cea mai elementara forma de sursa in comutatie, dar sunt multe de zis chiar si la banalul buck...

Cititi-i pe Smilex si pe Miticamy/Dumitrumy...

Cititi-l pe UDAR.

[Blacksmith]

@dark_angel Am citit documentul, dar ma cam depaseste atatea calcule...

 

Acum 5 ore, cristi7521 a spus:

Daca este doar ceramic (sau mai multi ceramici) si aplici tensiune printr-un comutator apare o oscilatie care distruge circuitul buck TPS54302.

 

Am testat asta in simulator si, ai dreptate, asa este !

Cu fire de 1uH si cond pe intrare de 10uF/20mOhm ESR, apar niste spike-uri pe la 30V, la comutarea ON/OFF.

Eu as lasa conzii ceramici acolo, as pune chiar 2 x 10uF + 1 x 100nF, si as adauga un TVS. Insa aici am niste semne de intrebare... TVS-ul sa fi unidirectional sau bidirectional. Spike-urile vad ca apar si sus si jos (sub masa). Apoi, nu e pericol sa puna sursa de alimentare in scurt cand depaseste pragul ?

 

 

@Marian Mersi pentru explicatii ! Am intels acum de care e treaba cu "filtrarea" pe intrare.

Am gasit conzi ceramici de 10uF/50V X7R la pret foarte bun. Nici mie nu-mi place tantalul.

Daca ar fi sa pun un electrolitic + un ceramic mic, ce capacitati si ce ESR ar trebui sa aiba ?

Editat Decembrie 24, 2023 de Blacksmith

[Blacksmith]

https://www.lcsc.com/product-detail/Aluminum-Electrolytic-Capacitors-SMD_PANASONIC-EEETC1V470XP_C401876.html

As fi pus un electrolitic din asta, dar cica are curentul de riplu de 300mA, iar mie imi estimeaza pe site la TI un curent de riplu pe intrare de 600mA. O merge sa pun 2 bucati in paralel sau e prea mult ?

Editat Decembrie 24, 2023 de Blacksmith

[UDAR]

Merge perfect dar nu cred că e nevoie - dacă ai decis totuși să pui un electrolitic acolo. Curentul de riplu specificat în catalog este pentru temperatura maximă a categoriei (105° sau 125° la tine). La temperaturi mai mici se admite riplu mai mare . Unele cataloage dau niște tabele în acest sens, aici văd că nu sunt. Oricum eu zic că duce 600mA la 35°C.

 

Problema - cel puțin teoretic - este alta . Electroliticul ăsta are ESR de 0,45Ω la 100kHz și probabil cam tot atâta la 400kHz.  Capacitatea fiind mare impedanța este practic egală cu ESR. Un ceramic de 1µF are un ESR neglijabil la 400kHz (probabil de 10mΩ) dar are o reactanță de circa 0,4Ω deci impedanța e tot pe-acolo. Însemnă că jumătate din curent trece prin ceramic. Dacă pui ceramic de la câțiva µF în sus pui electroliticul degeaba. Dacă nu ai din amonte componente cu frecvență mai joasă nu are sens electroliticul. 

 

[Blacksmith]

@UDAR 

Pai si condensatorul nu se incalzeste tocmai din cauza curentului de riplu ?

Crede-ma ca nu mai stiu cum o fi mai bine sa fac...  Eu voiam initial sa pun doar 10uF ceramic cum recomanda TI. Dar pe urma a aparut problema prezentata de Cristi mai sus, cu spike-urile care apar daca ai doar ceramic. Si de asta am zis sa pun si electrolitic. Daca pun electroliticul ala de 47uF si scad ceramicul la 100nF e ok ? Spune-mi tu, te rog, exact ce sa pun ca sa fie bine, ca nu mai pot, simt ca innebunesc. Am pierdut o zi intreaga pt condensatorul asta nenorocit... 

 

 

[UDAR]

Unde ai spus tu simulatorului că acolo e un condensator ceramic ? Spike-urile alea apar cu orice condensator ideal așa cum se pare că ai folosit tu acolo. Apoi 1µH e destul de mult , firele se pot răsuci, mai au și ele o rezistență (mai mult probabil decât cei 10mΩ ai sursei, etc). Deci spike-urile apar oricum dar nu cred că sunt periculoase . Dovada - câteva sute de mii - milioane de surse care funcționează fără electrolitic pe poziția aia.

Cred că chiar aici pe Forum a testat cineva un buck cu MP1584 sau așa ceva , nu ?