Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up

[micro_pepe]

Hay un punto en el que parece oscilar más, con una resistencia R3 = 12.5Kohm, las graficas son estas (son la misma en diferente escala):






Con un poco de imaginación veo un Tc = 8ms.

R3 = 0.45 * 12.5k = 5K6 ---> ponemos 4k7.

C3 = ( 0.83 * 8ms ) / 4k7 = 1.4uF

[Picuino]

No, tiene que oscilar más y se tiene que ver bien.

Hemos vuelto al principio, a calcular la regulación con Ziegler-Nichols, de manera que los valores se parecerán bastante a los que calculamos en su momento.
Pero ahora hay que buscar el punto más inestable, para estar seguros de que la fuente no oscila ella sola nunca.

En la otra ocasión calculamos con Ziegler-Nichols para una tensión media (creo que eran 18v) y luego la fuente oscilaba con tensiones de salida más altas.
Si bajas la tensión de entrada la fuente también se hace más inestable.
Si la carga conectada a la salida es pequeña, la fuente también parece más inestable. Pero eso puede depender del tipo de carga (resistencia o conversor buck)

Vamos a elegir un punto de trabajo especialmente inestable y ajustamos el regulador para ese punto. No deberías elegir el más inestable porque luego el rendimiento será muy pobre con otras tensiones.

Yo te propongo:
  Vi= 11V
  Vo=24V
  Po=12W - 24W  (0.5A - 1A)

A partir de este punto de trabajo, la resistencia para que oscile debería estar entre 200k y 400k.
Mayor que los valores de este mensaje:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395818#msg395818

Un saludo.

[Picuino]

El caso es que yo también veo una oscilación de 8 ms en la gráfica. Pero esta fuente tiende a oscilar con una frecuencia mayor.
Puede que se deba a la carga. Si has conectado un buck (fuente reductora) a la salida quizás oscila por eso.

Un saludo.

[Picuino]

Ahora que me he fijado con más detalle, también veo una oscilación de unos 1.6ms en una zona de la gráfica.

ampliacion.png
(7.24 kB, 348x326 - visto 458 veces)

Pero son oscilaciones muy pequeñas, de 20 a 40mV que están dentro del ruido de conmutación.
Por lo que se ve, la fuente tiene muchas oscilaciones. Esta topología no es muy estable.
Vamos a ignorar las oscilaciones que sean demasiado pequeñas (menores de 50mV) porque están por debajo del ruido de conmutación y no tiene mucho sentido intentar eliminarlas.

Intenta aumentar la ganancia para que se vean un poco más claras.

Un saludo.

P.D. Mientras tanto voy a intentar buscar un modelo que represente bien la respuesta de la fuente. Lo malo del método de Ziegler-Nichols es que vas a ciegas y en sistemas con mucho ruido o que no sean claros, como este, es difícil saber por donde seguir. Hace falta un modelo que aclare las cosas y con el que sepas qué es propio de la fuente y que se debe al ruido o a los elementos externos (como la carga). En caso contrario tantas señales y oscilaciones tienden a confundir.
Voy a seguir por lo tanto este datasheet:
http://www.ti.com/lit/an/slva452/slva452.pdf
a ver si me aclara las cosas. Otros documentos que he leído no se corresponden con los resultados de las pruebas. A ver si esta vez hay más suerte.

[micro_pepe]

Bueno, adjunto los resultados con Ziegler-Nichols con los siguientes datos:

Vi = 11v
Vo = 24v
Po = 21w

El periodo crítico se hace mantenido con una resistencia de 720Kohm, y tiene el siguiente aspecto:

pic_547_1.gif
(27.46 kB, 800x480 - visto 446 veces)

Tenemos un periodo Tc = 600us

R3 = 0.45 * 720kohm = 324Kohm --> Pongo 270Kohm

C3 = (0.83 * 600us) / 270Kohm = 1.8nF --> Pongo 2.2nF

Con esos valores le he dado un escalón para ver el comportamiento, con cargas resistivas.

Para 24v:

24v.gif
(23.97 kB, 800x480 - visto 444 veces)

Para 19v:

19v.gif
(28.16 kB, 800x480 - visto 434 veces)

Y para 15v:

15v.gif
(22.41 kB, 800x480 - visto 444 veces)

[Picuino]

Por fin   

Menos mal que empieza a funcionar bien.

Ahora sólo queda probar a conectar una fuente reductora a su salida a ver si se mantiene estable.

Yo quiero fabricarme una fuente como esta.

Un saludo.

[micro_pepe]

Por fin   

Menos mal que empieza a funcionar bien.

Si 

Ahora sólo queda probar a conectar una fuente reductora a su salida a ver si se mantiene estable.

He probado con el buck como carga, ajustado a 13v y con una carga fija de 9w y otra conmutada de 5w. Los resultados son estos (con Vi = 11v):

Con el step-up ajustado a 15v:

cargaBUCK-a15v.gif
(20.76 kB, 800x480 - visto 378 veces)

Con el step-up a 19v:

cargaBUCK-a19v.gif
(23.49 kB, 800x480 - visto 440 veces)

Step-up a 24v:

cargaBUCK-a24v.gif
(24.01 kB, 800x480 - visto 435 veces)

Yo quiero fabricarme una fuente como esta.

Un saludo.

Quizás mande a fabricar unas plaquitas, tengo que mandar otro diseño y puede que me compensen los gastos de envío, en pcbway:

https://www.pcbway.com/orderonline.aspx

10 placas salen por 5$.

Gracias, saludos!!!

PD: Las medidas están echas con el canal 1, valores en amarillo, no me di cuenta de quitar los controles del 2.

[Picuino]

Pero hay que mejorar alguna cosilla más antes de darlo por terminado.

Creo que se puede mejorar la red Snubber. Habría que incluir al diodo y posiblemente la resistencia de sensado para reducir los picos y la oscilación de alta frecuencia de salida.



http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.msg395733



Otra cosa más. Veo que has probado con bajas potencias de salida ¿Funciona bien con cargas más altas?

Un saludo.

[micro_pepe]

Otra cosa más. Veo que has probado con bajas potencias de salida ¿Funciona bien con cargas más altas?

Un saludo.

Un poco más de amplitud del rizado. Adjunto resultados para una carga de 21w fija y 5w conmutada.

Fuente a 16v:



Fuente a 19v:



Fuente a 24v:




En cuanto a la red Snubber, que te refieres, ¿a cambiar de sitio la que ya hay "estirándola"?, o ¿a poner otras dos redes?

Gracias, un saludo!!!

[Picuino]

No entiendo bien los escalones que aparecen en las gráficas (en especial la de 24V). De todas formas la variación de tensión es baja.

Con respecto a la snubber no se si estirarla o poner otra. Voy a buscar una solución en notas de aplicación y te comento.

Un saludo.

[micro_pepe]

No entiendo bien los escalones que aparecen en las gráficas (en especial la de 24V). De todas formas la variación de tensión es baja.

Pues tienes razón, a simple vista pensé que eran las conmutaciones propias de la fuente a 40KHz, pero tienen unos 160Hz 

Saludos!!!

[Picuino]

Tienen una amplitud de unos 25mV. Como la ESR de salida es de unos 0.01 Ohmios, el escalón de corriente es de 2.5 Amperios.
La corriente media de salida es aproximadamente de 1 Amperio  (24V de salida 21/26W de salida), esto significa que la fuente no está funcionando en la parte baja y entrega 2.5A en la parte alta con un ciclo de trabajo aproximadamente de 40%.

Está funcionando mal. Oscila continuamente a 160 Hz. Es como un controlador todo/nada.
Mira en la patilla 1 (COMP) a ver que salida tiene el regulador.

Un saludo.

[micro_pepe]

Tienen una amplitud de unos 25mV. Como la ESR de salida es de unos 0.01 Ohmios, el escalón de corriente es de 2.5 Amperios.
La corriente media de salida es aproximadamente de 1 Amperio  (24V de salida 21/26W de salida), esto significa que la fuente no está funcionando en la parte baja y entrega 2.5A en la parte alta con un ciclo de trabajo aproximadamente de 40%.

Está funcionando mal. Oscila continuamente a 160 Hz. Es como un controlador todo/nada.
Mira en la patilla 1 (COMP) a ver que salida tiene el regulador.

Un saludo.

Esto es lo que hay en el pin 1:

pic_550_3.gif
(17.16 kB, 800x480 - visto 414 veces)

Gracias, saludos!!!

[Picuino]

 Hay poco cambio (0.2V) que corresponde con un cambio de corriente de salida de:
 0.2V / (3 * 0.028 Ohm) =  2.4 Amperios de pico.
Todo concuerda.
No parece oscilar por que sea inestable. Pero debe haber una razón para esa oscilación.

¿Qué frecuencia de conmutación tiene la carga de la salida entre 21w y 21+5w?

[micro_pepe]

¿Qué frecuencia de conmutación tiene la carga de la salida entre 21w y 21+5w?

Son 5Hz.

Hay poco cambio (0.2V) que corresponde con un cambio de corriente de salida de:
 0.2V / (3 * 0.028 Ohm) =  2.4 Amperios de pico.

¿Como hiciste esa cuenta? En la salida del operacional hay 0.2Vp de rizado, tiene una ganancia de 30 aproximadamente, entonces en R8 hay un voltaje de pico 30 veces menor; luego si la salida son 24v, el voltaje en R8 es 10 veces menor aproximadamente, con lo cual el rizado en la salida es 3 veces menor a los 0.2Vp, pero no veo la relación de ese voltaje en la salida, con el voltaje que cae en la resistencia de sensado de 0.028ohm en la misma proporción.

Saludos!!!