Cálculo de bobinas en reguladores conmutados.

[planeta9999]

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Buenas
Estoy empezando a usar los reguladores conmutados desde hace relativamente poco, para reemplazar los lineales en todos mis nuevos diseños, y me ha surgido un problema y muchas dudas.

Para reemplazar en mis diseños los reguladores lineales y hacer acopio del material necesario, busqué chips y su esquema para tener reguladores conmutados para 1, 3 y 5 Amperios. El de 3 y 5 amperios ya lo tengo resuelto con éxito, usando el LM2596 para 3 amperios y el XL4015 para 5 amperios.

Me faltaba uno para cargas de menor potencia, para reemplazar a la serie 78xx, que suministra 1 amperio, busqué en los polacos y el chip más barato era el MC34063ADR2G que puede dar hasta 1.5 amperios. Así que descargué el datasheet, y eché mano del primer esquema de aplicación que sale en la hoja de características que es el siguiente, y pedí la bobina de 170 uH a los chinos (150 unidades).




Error por mi parte, o eso creo, leyendo con más tranquilidaad el datasheet, descubro que estos chips pueden trabajar en modo Step-up, Step-down e Inverter. Entiendo que el primero es cuando el voltaje de salida es superior al de entrada, el segundo al contrario y el tercero para sacar un voltaje negativo.

Osea que en teoría debería de haber usado este esquema aplicativo (Step-down) con una bobina de 220 uH, si quiero hacer una fuente que saque por ejemplo 5 voltios, con un voltaje de entrada superior de por ejemplo 15-20 voltios.




La cuestión es, ¿ puedo emplear el valor de la bobina del primer esquema aplicativo (Step-Up) de 170 uH para configurar el regulador conmutado en modo Step-Down usado el segundo esquema, o he metido la pata y me va a tocar comprar la bobina con el valor que indica el datasheet para el modo Step-Down  (220 uH) ?.

Y otra duda, esta más genérica, ¿ todos los chips para montar reguladores conmutados se pueden configurar para esos tres modos, y precisan valores distintos de la bobina según el modo ?.

Por otra parte, según el datasheet este chip podría suministrar hasta 1.5 Amperios, pero en el esquema aplicativo para el Step-Down pone 500mA, no se si los cálculos de los componentes también condicionan el amperaje máximo que puede suministrar el circuito.

Y otra duda más, en los esquemas aplicativos ponen un filtro opcional a la salida con una bobina en serie de 1 uH, ¿ para que sirve, es conveniente ponerlo ?. Entiendo que actúa como un filtro pasa bajos, pero no se hasta que punto es necesaria.

Saludos.

[elgarbe]

El 34063 debe ser el más popular de los DC/DC. Hay milles de calculadores en la web que te calculan todos los valores de los componentes. (el primero que sale en google: http://www.bobtech.ro/tutoriale/componente-electronice/43-calculator-online-mc34063a-mc34063-step-down-step-up-inverter)

No todos funcionan en los tres modos.
El valor de la bobina no es para cambiar de modo, la bobina depende de la corriente de salida, del ripple deseado, de la frecuencia de trabajo, etc. Seguramente podrás usar la de 170uH en el step down, quizá con mas riple que con la de 220, pero eso dependerá de los cálculos.
no creo que llegue a 1.5A a la salida, estimo que es la corriente de pico en la bobina o algo por el estilo. 750mA creo recordar es el limite.

Yo estoy usando este ahora en un diseño: http://www.ti.com/product/TPS54527 (no lleva schokly). Para 1A podrías usar este: http://www.ti.com/product/tps54227/description

Saludos!

[planeta9999]

Gracias por la información elgarbe.

La informacion en la web de los polacos y en el datasheet, me hizo pensar que este regulador aguantaba hasta 1.5 Amperios, entiendo entonces que eso solo lo podría suministrar ocasionalmente pero no de manera continua, menuda castaña, ya podían indicarlo con más claridad, en la cabecera del datasheet pone bien claro 1.5A, deberían de poner 750mA. Para otros reguladores, sin embargo el dato de corriente que dan, si que es el amperaje que puede suministrar el chip de manera continua, no picos ocasionales.

Usando la calculadora del enlace que das, está claro que solo me deja poner una corriente máxima de 750 mA, menuda metida de pata, porque además las bobinas las encargué para 1.5A que serán mas grandes y más caras que si las hubiera encargado de 1A.

Miraré esos chips que me comentas de Texas, pero mi idea es usar chips que estén disponibles en los polacos, y esos no están. Creo que al final me quedaré como estoy, el LM2596 para 3A, el XL4015 para 5A, y el 34063 para cargas que no superen los 750 mA y seguramente pediré precio para encargar la bobina de 220 uH 1A.

Una cosa más, al poner los datos en la calculadora del enlace que das, en el resultado para la bobina a usar "Lmin =", ¿ que quiere decir eso, que se puede usar cualquier bobina a partir del valor calculado ?, si por ejemplo da "Lmin= 33 uH", ¿ podría poner una bobina de cualquier valor a partir de 33 uH, o que tiene que ser de 33 uH ?.

[Chaly29]

Hola planeta9999, trataré de responderte tus preguntas:

La cuestión es, ¿ puedo emplear el valor de la bobina del primer esquema aplicativo (Step-Up) de 170 uH para configurar el regulador conmutado en modo Step-Down usado el segundo esquema, o he metido la pata y me va a tocar comprar la bobina con el valor que indica el datasheet para el modo Step-Down  (220 uH) ?.

No hace falta bobinas nuevas, puedes usar tranquilamente la bobina de 170uH, siempre y cuando la tensión de entrada esté comprendida entre los 15/20 volts que tu mencionas, de hecho, con esas tensiones, la bobina mínima recomendada es de 110 uH, por lo tanto la de 170 va sobrada.

Y otra duda, esta más genérica, ¿ todos los chips para montar reguladores conmutados se pueden configurar para esos tres modos, y precisan valores distintos de la bobina según el modo ?.

No todos los chip aceptan los 3 modos, y si, cada modo necesita de una bobina con unas características mínimas específicas, lo cual no significa que por ejemplo una misma bobina no pueda ser de utilidad en varios modos. Esto te lo dirán los cálculos.

Por otra parte, según el datasheet este chip podría suministrar hasta 1.5 Amperios, pero en el esquema aplicativo para el Step-Down pone 500mA, no se si los cálculos de los componentes también condicionan el amperaje máximo que puede suministrar el circuito.

Este chip es capáz de suministrar 1.5A máximo, o sea teniendo en cuenta los picos. Por supuesto el cálculos de los componentes y según sean estos, los valores de pico cambiarán, por lo tanto la intensidad máxima de salida también, en concordancia con estos picos máximos.

Para el caso del esquema y usando una bobina de 170uH, la corriente máxima de salida posible será de 1.1A (el pico de intensidad será de 1.5A) pero el diodo 1N5819 solo soporta una corriente de 1A, por lo tanto debes de reemplazarlo por alguno que soporte un mínimo de 2A

En el circuito del esquema que posteaste el principal limitador para la corriente de salida es el diodo 1N5819 que solo soporta un pico de corriente de 1A y ese circuito ya tiene picos de 900mA. Reemplazando el diodo por uno mayor conseguirás un máximo de salida de 1.1A

Y otra duda más, en los esquemas aplicativos ponen un filtro opcional a la salida con una bobina en serie de 1 uH, ¿ para que sirve, es conveniente ponerlo ?. Entiendo que actúa como un filtro pasa bajos, pero no se hasta que punto es necesaria.

Es un filtrado extra, ya con los valores del esquema consigues rizado máximos de aproximadamente unos 8.5mV, por lo que un filtro extra no le veo mucha importancia porque ya el rizado es muy bajo, pero de necesitar una aun mejor tensión de continua, pues usad dicho filtro.

Espero haber aclarado tus dudas, un saludo.

Atte. CARLOS.

[Chaly29]

Hola planeta9999, veamos:

La informacion en la web de los polacos y en el datasheet, me hizo pensar que este regulador aguantaba hasta 1.5 Amperios, entiendo entonces que eso solo lo podría suministrar ocasionalmente pero no de manera continua, menuda castaña, ya podían indicarlo con más claridad, en la cabecera del datasheet pone bien claro 1.5A, deberían de poner 750mA. Para otros reguladores, sin embargo el dato de corriente que dan, si que es el amperaje que puede suministrar el chip de manera continua, no picos ocasionales.

El transistor del integrado es el que aguanta 1.5A y no te pueden poner una intensidad máxima de salida, porque cada modo de funcionamiento tiene una distinta, por  lo tanto colocan la intensidad máxima del integrado y tu calculas la máxima de salida según sea el modo de funcionamiento.

Tal como lo e mencionado más arriba, en la configuración que deseas la intensidad de salida máxima y de manera continua será de 1.1A , la bobina de 1.5A que mencionas te viene bárbaro, solo debes de reemplazar el diodo 1N5819 por algún otro diodo schottky de 2A o más.

Usando la calculadora del enlace que das, está claro que solo me deja poner una corriente máxima de 750 mA, menuda metida de pata, porque además las bobinas las encargué para 1.5A que serán mas grandes y más caras que si las hubiera encargado de 1A.

Cálmate, no metiste la pata, el integrado puede soportar una salida continua de 1.1A, pruébalo y verás

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[planeta9999]

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Gracias por las respuestas Chaly.

No hace falta bobinas nuevas, puedes usar tranquilamente la bobina de 170uH, siempre y cuando la tensión de entrada esté comprendida entre los 15/20 volts que tu mencionas, de hecho, con esas tensiones, la bobina mínima recomendada es de 110 uH, por lo tanto la de 170 va sobrada.

El tema del valor de la bobina me plantea la duda de si el valor debe de ser exacto, o vale a partir de ese valor. Por ejemplo usando la calculadora que ha puesto elgarbe, si me sale "Lmin= 33 uH", ¿ eso quiere decir que puedo usar cualquier bobina a partir de 33 uH, o que la bobina tiene que ser de 33 uH ?. Lmin supongo que se refiere al valor de la inductancia mínimo.

Para el caso del esquema y usando una bobina de 170uH, la corriente máxima de salida posible será de 1.1A (el pico de intensidad será de 1.5A) pero el diodo 1N5819 solo soporta una corriente de 1A, por lo tanto debes de reemplazarlo por alguno que soporte un mínimo de 2A

En el circuito del esquema que posteaste el principal limitador para la corriente de salida es el diodo 1N5819 que solo soporta un pico de corriente de 1A y ese circuito ya tiene picos de 900mA. Reemplazando el diodo por uno mayor conseguirás un máximo de salida de 1.1A

¿ Entonces poniendo el diodo Schottky adecuado, si que podría aguantar 1.5A de manera continua, o podría llegar al menos a soportar 1 Amperio de manera continua, no de pico ?. Tengo Schottkys de 3 y 5 amperios que compré para el LM2596 y el XL4015, podría usar el de 3A para este chip también y así no compro tantos componentes.

Es un filtrado extra, ya con los valores del esquema consigues rizado máximos de aproximadamente unos 8.5mV, por lo que un filtro extra no le veo mucha importancia porque ya el rizado es muy bajo, pero de necesitar una aun mejor tensión de continua, pues usad dicho filtro.

Estaba pensando en poner una ferrita en serie a la salida de todos los reguladores conmutados que monte, por si pudiera afectar el funcionamiento del microcontrolador, cuando lo utilice en un circuito con micro, que va a ser casi siempre, o poner una ferrita EMI SMD directamente en serie a la entrada del positivo de alimentación del micro.

No se si también puede ser interesante poner ese filtro para que no afecte al funcionamiento de los amplificadores de audio clase D.

Saludos.

[planeta9999]

Tal como lo e mencionado más arriba, en la configuración que deseas la intensidad de salida máxima y de manera continua será de 1.1A , la bobina de 1.5A que mencionas te viene bárbaro, solo debes de reemplazar el diodo 1N5819 por algún otro diodo schottky de 2A o más.

Entonces es genial, ya pensaba que era dinero tirado, al menos para poder usarlos como reguladores de al menos 1 Amperio de manera continua, que era mi idea. Si solo es cuestión de poner otro Schottky que aguante más corriente, está resuelto, además ya los tengo de 3A para el LM2596, me valdrán para este también.

Usando la calculadora del enlace que das, está claro que solo me deja poner una corriente máxima de 750 mA, menuda metida de pata, porque además las bobinas las encargué para 1.5A que serán mas grandes y más caras que si las hubiera encargado de 1A.

Cálmate, no metiste la pata, el integrado puede soportar una salida continua de 1.1A, pruébalo y verás

Ok, lo probaré con un Schottky de 3A y una carga de 1 amperio.
Muchas gracias Chaly.

[elgarbe]

Para el caso del esquema y usando una bobina de 170uH, la corriente máxima de salida posible será de 1.1A (el pico de intensidad será de 1.5A) pero el diodo 1N5819 solo soporta una corriente de 1A, por lo tanto debes de reemplazarlo por alguno que soporte un mínimo de 2A

Carlos, una consulta, en la hoja de datos: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC34063A-D.PDF Figura 17 (formula design) para el step down dice que la Ipk se calcula como 2*Iout. Esa Ipk es la que vale 1.5A, por lo que la Iout maxima sería 750mA. En que le estoy errando acá?

sds.

[elgarbe]

Me respondo solo, encontré el calculador que usamos en su momento:
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063%20DWS.XLS

ahi el secreto para llegar a 1.49 A a la salida es poner un DIL/IL (punto 3) lo mas bajo posible, del orden del 1%. De ese modo la inductancia calculada va a ser muy grande, pero podes llegar a conseguir los 1.5A (un poco menos en realidad) a la salida.
La Ipk sw = Iout + Iripple/2 < 1.5A.

como dice carlos, con 170uHy obtenes 1.1A a la salida y un pico de 1.22A.
El otro tema es si vas a usar PDIP o SOIC. El SOIC se va a calentar bastante para disipar 0.65W

Sds.

[planeta9999]

Pues el que compré es el SOIC, trataré de no usarlo por encima de 900mA, y probaré a ver lo que se calienta a 1 Amperio, que sería lo máximo que necesito.

En principio con que me sirva para reemplazar la circuitería de los 78xx, ya me valdría. Es para tener un esquema modelo a aplicar en todos los diseños en los que necesite un estabilizador de 1 Amperio, para dejar de usar reguladores lineales.

[Chaly29]

Hola elgarbe, muy bueno y completo el documento excel, pero lástima que no aplica a este caso, es para el diseño de una fuente step up y estamos hablando de una step down.

planeta9999, la bobina no necesita ser de un valor exacto al calculado, en realidad el calculado es el mínimo recomendable, o sea debe de ser no menor al valor calculado (un poco mayor por lo general siempre viene bien), eso sí, un valor muy mayor al calculado tampoco es bueno porque la salida puede empezar a auto-oscilar por tener que manejar una inductancia muy elevada.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[elgarbe]

Hola elgarbe, muy bueno y completo el documento excel, pero lástima que no aplica a este caso, es para el diseño de una fuente step up y estamos hablando de una step down.

posee 2 hojas, una para step-up y otra para step-down. 

sds.

[Leandro Gabriel]

Buenas noches!. Estoy utilizando ese mismo mismo chip (mc34063)para hacer una fuente step down de 28V a 5V con 2.5A de corriente de salida. El datasheet del integrado propone que para conmutar corrientes mayores de 1.5A se puede utilizar un transistor NPN, cuya base esta conectada al pin2 y colector a los colectores de los transistores internos del integrado. No dice nada del valor de resistencia que va de la base del transistor interno a masa, que valor sería el adecuado?. Y con respecto al inductor, de que valor sería recomendable?. Gracias
Saludos!.

[Chaly29]

Hola Leandro Gabriel, con respecto a la resistencia, no es muy estricta, por lo que una resistencia de 1K yo creo que debería de serte de utilidad.

Con el tema de la bobina, pues es bastante más complejo, ya que dependería de la frecuencia, rizado de salida, y demás características que desees de tu fuente. Pero para darte un ejemplo y pretendiendo las siguientes características, los valores calculados serían:

Tensión de entrada 28V
Tensión de salida 5V
Intensidad de salida 2.5A
Rizado de salida 10mV
Frecuencia de funcionamiento 38 KHz

Rsc de 0.06 ohms
Ct de 220 pF
L de 24 uH
Co de 1645 uF

Estos sin datos estimativos calculados con las fórmulas dadas en el datasheet del propio MC34063.

Espero te sea de ayuda.

Un saludo.

Atte. CARLOS.