MC34063A: Mengapa saya overclocking chip ini?

Saya telah memutuskan untuk mendapatkan pengalaman dengan konverter DC-DC dan saya telah mendapatkan konverter DC-DC Onsemi MC34063A . Dari dokumentasi saya mendapatkan lembar data , catatan aplikasi AN920 dan lembar kerja Excel . Lembar data menyebutkan satu lagi catatan aplikasi, AN954 / D, tapi sepertinya saya tidak bisa menemukannya di mana pun.

Idenya adalah untuk turun 12 V ke 5 V dengan arus hingga 500 mA dan 50 mV riak. Jadi saya membaca rumus dalam lembar data, catatan aplikasi dan lembar kerja dan melakukan beberapa perhitungan.

Saya mengambil $V_{sat}=1.3 \mbox{ } V$ , dari nilai maksimum datasheet, saya menggunakan 1N5817, jadi pada 1 A, $V_{F}=0.45\mbox{ } V$, tegangan input minimum, jika saya mengambil variasi menjadi 10% adalah $V_{in(min)}=10.8 \mbox{ } V$, tegangan keluaran $V_{out}=5 \mbox{ } V$. Menggunakan rumus dari lembar data, ini memberi saya$\frac{t_{on}}{t_{off}}=1.21$. Saya telah memilih frekuensi konverter menjadi 89 kHz, karena konon cocok untuk$220 \mbox{ } pF$kapasitor, tetapi lebih lanjut tentang itu nanti. Lanjut,$t_{on}+t_{off}=11.24 \mbox{ } \mu s$ yang memberi saya $t_{off}= 5.09 \mbox{ } \mu s$ dan $t_{on}=6.15 \mbox{ } \mu s$. Semua ini memberi saya$C_t=246 \mbox{ } pF$, jadi saya akan gunakan $220 \mbox{ } pF + 22 \mbox{ } pF=242 \mbox{ } pF$. Selanjutnya, saya punya$I_{pk(swich)}=1 \mbox{ } A$. Resistor akal$R_{sc}=0.3 \mbox{ } \Omega$, jadi saya akan menggunakan 3 kali 1 $\Omega$resistor dan hubungkan secara paralel. Berikutnya adalah induktifitas minimum$L_{(min)}=28 \mbox { } \mu H$. Selanjutnya, ada kapasitor output$C_o=28.1 \mbox{ } \mu F$. Akhirnya ada resistor keluaran. Rumusnya adalah$V_{out}=1.25(\frac{R_2}{R_1}+1)$. Saya memilih 4 kali$10 \mbox{ } k \Omega$resistor. Untuk satu$R_1$ dan 3 seri untuk $R_2$.

Sekarang mari kita lihat catatan aplikasi dan lihat apakah mereka melakukan sesuatu yang berbeda di sana: Nah rumus untuk $R_{sc}$ sedikit berbeda dan memberi saya $0.263 \mbox{ } \Omega$ sebagai nilai resistor akal minimum.

Sekarang mari kita lihat lembar kerja Excel: Parameter baru $\frac { \Delta I_{L} } {I_{l(avg)} }$ muncul di sana dan lembar kerja mengatakan:

Untuk Arus Output Maksimum disarankan bahwa ΔIL harus dipilih kurang dari 10% dari rata-rata arus induktor, IL (rata-rata). Ini akan membantu mencegah Ipk (sw) mencapai ambang batas saat ini yang ditetapkan oleh RSC. Jika tujuan desain adalah menggunakan nilai induktansi minimum, misalkan ΔIL = 2 * IL (rata-rata). Ini secara proporsional akan mengurangi kemampuan arus keluaran.

Yah, saya tidak yakin apa yang harus saya lakukan di sini, tetapi output arus tinggi terdengar bagus jadi saya menaruhnya di 6% dan lembar kerja memberi saya induktansi minimum $920 \mbox{ } \mu H$. Kebetulan saya memiliki induktor 1 mH di kotak sampah saya ( DPO-1.0-1000 ) jadi saya memutuskan untuk menggunakannya.

Akhirnya, saya punya skematis:

Sekarang jika saya mengerti operasi perangkat ini dengan benar, timing kapasitor digunakan untuk menyediakan jam yang diumpankan ke induktor sesuai kebutuhan. Jika resistor indera memiliki tegangan terlalu tinggi (artinya kondisi arus lebih) atau konsumsinya terlalu rendah, jam dilewati. Sejauh yang saya bisa lihat, seharusnya tidak ada cara bagi chip itu sendiri untuk mengubah frekuensi yang ditetapkan oleh kapasitor.

Masalah saya tampaknya adalah frekuensi switching dan caranya berubah dengan beban. Regulator dalam dokumentasi dikatakan bekerja hingga 100 kHz dan saya melihat beberapa hasil aneh pada osiloskop. Saya mengukur bentuk gelombang pada dioda dan kapasitor waktu.

Begini tampilannya tanpa beban:

Sejauh yang saya tahu, jenis gelombang ini akan muncul karena regulator melewatkan siklus dan itu harus normal.

Selanjutnya, saya memiliki beban dengan beberapa gambar LED sekitar 200 mA.

Perhatikan bahwa frekuensinya agak tinggi. Saya perkirakan 89 kHz dan lebih rendah (karena sirkuit ada di papan tempat memotong roti dan saya berharap akan ada kapasitansi parasit dari baris tetangga), tetapi 99,6 kHz, yang tepat pada batas operasi normal.

Inilah yang terjadi ketika saya menghubungkan papan mikrokontroler yang berkedip beberapa LED. Frekuensi lebih dari dua kali frekuensi operasi maksimum regulator.

Menggunakan sebuah $1 \mbox{ } \Omega$resistor dan catu daya lain, saya telah menentukan bahwa arus sesaat tertinggi dari papan ini adalah 294 mA, jadi itu baik dalam batas 500 mA saya dirancang untuk ini. Riak output adalah 680 mV dari puncak ke puncak, sehingga tampaknya lebih atau kurang baik dan tegangan sekitar 4,9 V, jadi menurut saya juga lebih atau kurang normal.

Jadi ada ide apa yang terjadi dengan frekuensi di sini? Saya sudah mencoba dengan berbagai kapasitor waktu yang berbeda dan mereka semua memberikan perilaku yang sama dan tidak ada yang memberi saya frekuensi yang dihitung.

MEMPERBARUI

Berikut osilogram dari output menggunakan konektor ground ground tipe springy dan ujung probe telanjang disinkronkan dengan puncak magnitudo terbesar:

MEMPERBARUI

Tentang frekuensinya, saya menemukan sekitar 10 Ω resistor keramik dan mencoba memuat pasokan dengan salah satunya (yang seharusnya memberi saya beban 500 mA), tetapi saya masih mendapatkan frekuensi tinggi dan sepertinya terkait dengan pembatasan arus, dari apa yang bisa saya lihat. Ketika saya menghubungkan resistor, arus maksimum yang bisa saya dapatkan adalah sekitar 370 mA. Saya telah bereksperimen dengan nilai-nilai yang berbeda dari resistor indera dan dengan peningkatan resistensi resistor indera, frekuensi meningkat.

Berikut adalah contoh dari $C_t$ bentuk gelombang dengan resistor 1::

dan inilah dengan 0,5 Ω indera penghambat:

Papan tempat memotong roti dapat menyebabkan masalah, periksa tata letak Anda (terutama bagian umpan balik)

Juga, mungkin induktor yang Anda gunakan tidak cocok - katanya hanya diberi peringkat hingga 100kHz, jadi SRF (frekuensi resonansi mandiri) mungkin cukup rendah. Mungkin menyebabkan ketidakstabilan.
Cobalah mengubahnya menjadi satu dengan SRF lebih tinggi (mis.> 500kHz), tetapi masih dengan kemampuan saat ini yang sesuai.

Saya memang menyebutkan cap output di bawah ini tetapi abdullah benar tentang cap input menjadi penting. Itu memang tergantung pada beban, tetapi seluruh loop dari dalam ke luar harus impedansi sekecil dan serendah mungkin, idealnya menggunakan bidang tanah. Pada papan tempat memotong roti yang "sulit" ;-)
Jika masalah frekuensi tidak ada dengan beban yang stabil, saya pikir seperti yang dikatakan Kit, ini adalah masalah penyaringan keluaran, karena switcher tidak akan cukup cepat untuk beradaptasi dengan perubahan di / dt tinggi pada output dan tidak ada "cadangan". Tingkatkan kapasitansi filter keluaran dan lihat apakah riaknya turun, apakah memang itu masalahnya.

EDIT - Ah, saya melihat Anda mencobanya dengan resistor pada output.
Dalam hal ini sepertinya itu bukan penyaringan. Pada titik ini saya pikir saya akan menggunakan metode prototipe yang berbeda yang lebih cocok untuk regulator switching. Juga gunakan chip lain untuk berjaga-jaga.
Entah papan atau gunakan gaya bug mati, atau stripboard dengan sangat hati-hati terhadap tata letak. Jika frekuensinya masih terlalu tinggi saya akan menganggap itu bagian dari operasi itu dan tidak tercakup dengan benar dalam datasheet - jika ini yang terjadi maka e-mail ke OnSemi adalah untuk melihat apa yang mereka katakan.

EDIT 2 - Oke, setelah lebih banyak membaca saya pikir resistor akal (mungkin dikombinasikan dengan masalah induktor yang disebutkan di atas) mungkin menyebabkan indera saat ini untuk perjalanan terlalu sering dan meningkatkan kemiringan waktu pengisian kapasitor kapasitor. Ini kemungkinan akan muncul seperti osilator yang berpindah lebih cepat.
Kutipan yang relevan dari catatan Aplikasi:

Ketika tegangan ini menjadi lebih besar dari 330 mV, sirkuit batas arus menyediakan jalur arus tambahan untuk mengisi kapasitor timing CT. Hal ini menyebabkannya dengan cepat mencapai ambang osilator atas, sehingga memperpendek waktu konduksi sakelar keluaran dan dengan demikian mengurangi jumlah energi yang disimpan dalam induktor. Ini dapat diamati sebagai peningkatan kemiringan bagian pengisian dari gelombang tegangan CT seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Bentuk gelombang oscillscope Anda tampaknya setuju dengan deskripsi ini. Juga, jika Anda belum mencoba mengubah induktor, lakukan ini dan lihat bagaimana hasilnya, plus Anda bisa mencoba tidak menggunakan indra saat ini (yaitu hanya terhubung ke tegangan input)

Tebakan terbaik saya adalah jumlah pemfilteran keluaran atau ukuran pada R_sc.

Perhatikan komparator mengumpan balik ke dalam dan gerbang yang mengontrol sakelar di skema Anda. Jika arus beban berubah dan menyebabkan perubahan pada loop umpan balik tegangan maka Anda dapat membuat peningkatan virtual dalam frekuensi PWM. Saya tidak punya cukup waktu untuk menggambar grafik lengkap untuk Anda, tetapi pada dasarnya jika kenaikan beban saat ini menyebabkan sakelar menyala (yaitu jika Anda menyalakan banyak leding secara bersamaan), tetapi kemudian Anda dengan cepat mengembalikannya. pada, yang akan ditumpangkan di atas PWM 99,4kHz dan membuat frekuensi switching terlihat jauh lebih tinggi.

Hal lain yang mungkin Anda coba adalah membuat R_sc terlalu besar dan melihat seperti apa bentuk gelombang pada beban yang sangat konsisten. Seperti yang Anda katakan, frekuensi PWM tidak boleh berubah, dan undian harus menyebabkan siklus tugas meningkat perlahan karena perbedaan antara tegangan output dan tegangan input harus mendekati 0 saat Anda mencapai penarikan maksimum. Dengan begitu, semua energi dihamburkan dalam resistor, tidak ada dalam konverter switching pada penarikan maksimum. Saya punya alasan saya pikir ini mungkin menjadi masalah, tapi saya akan jujur ​​saya pikir itu hal pertama.

Semoga itu bisa membantu! Semoga berhasil!

Saat berhadapan dengan konverter mode switch, Anda harus memperhatikan tingginya $\dfrac{di}{dt}$jalur sirkuit. Untuk menentukan jalur yang bermasalah ini, seseorang dapat menggunakan diagram topologi dan menggambar statusnya. Mari kita lihat diagram sirkuit untuk buck converter, di berbagai negara saklar:

Garis merah menunjukkan aliran arus yang tinggi. Anda dapat melihat bahwa beberapa bagian tetap MERAH di kedua posisi sakelar dan beberapa bagian berubah warna. Yang berubah warna adalah jalur yang bermasalah, karena arus yang mengalir melalui mereka berubah, ketika sakelar berubah posisi. Itu berarti mereka tinggi$\dfrac{di}{dt}$bagian sirkuit, dan memerlukan perawatan saat mendesain tata letak. Lihat posting saya ini tentang bagaimana induktansi mempengaruhi ketika ada perubahan waktu saat ini tinggi. Jadi, apa yang harus dilakukan?

• Memperpendek dan memperluas jejak, karenanya mengurangi induktansi. Namun, jangan membuatnya lebih lebar dari yang seharusnya, jika tidak, Anda akan membuat antena yang lebih besar untuk EMI. Buat cukup lebar sehingga bisa membawa arus yang dibutuhkan.
• Jika jejak-jejak ini terhubung ke jaring GROUND, maka cobalah untuk mencegahnya berjalan di pesawat darat atau di bus darat papan tempat memotong roti sebanyak mungkin. Satu-satunya jalur suiting untuk skenario ini, adalah jalur dari anoda dioda ke ground lead dari kapasitor input. Hubungkan secara langsung dan segera .

Juga, beberapa hal yang Anda lihat dalam ruang lingkup tidak benar-benar di sirkuit itu sendiri. Mereka disebabkan oleh ujung tanah yang panjang dari probe lingkup. Persingkat, seperti:

Sumberdaya: Pedoman Tata Letak PCB dari National Semiconductor

Saya terlambat 7 tahun, tetapi saya harus menambahkan jawaban saya untuk orang lain yang menemukan masalah ini: Riak yang sangat tinggi dari 680mV (jika Anda tidak salah ketik) pada output sepertinya saya seperti Co Anda (kapasitor output) adalah baik salah atau bukan tipe ESR rendah (resistansi seri setara). ESR pada dasarnya adalah "resistansi" kapasitor yang terlihat pada frekuensi tinggi. Jika kapasitor Anda memiliki peringkat 85 ° C, sangat mungkin tutup ESR tinggi dan tidak cocok untuk mengganti catu daya. Tutup ESR rendah biasanya diberi peringkat setidaknya 105 ° C, meskipun yang bertegangan tinggi (di atas 100V) biasanya tetap pada 85 ° C dan tampaknya baik-baik saja mengingat tegangan yang lebih tinggi: rasio saat ini pada tegangan yang lebih tinggi. Saya terkejut bahwa tidak ada yang menyarankan atau bahkan menyebutkan kemungkinan itu.