Proyecto: Diseño optimizado de una etapa Step Up

[Picuino]

Hola micro_pepe. ¿Puedes publicar el BOM para tener la lista completa de componentes?
Así puedo saber qué tengo que comprar sin que se me pase ninguno.
Gracias.

[micro_pepe]

Hola micro_pepe. ¿Puedes publicar el BOM para tener la lista completa de componentes?
Así puedo saber qué tengo que comprar sin que se me pase ninguno.
Gracias.

Ahí va eso.

Saludos!!!

[Picuino]

Estoy repasando la lista y creo que deberíamos intentar reducir la cantidad de referencias.
Por ejemplo hay varios condensadores de desacoplo de 47nF que se pueden sustituir por condensadores de 100nF sin problema.

Los condensadores de entrada y de salida también se pueden poner iguales. Dos de 1500uF para la entrada creo que es suficiente (la entrada no tiene tanto rizado como la salida) y así no hay tantos valores distintos.

Otro punto que he visto es el punto de alimentación del led. Como es la salida (que tiene una tensión muy variable), va a tener problemas para estar bien polarizado y además añade un zener. Yo lo conectaría a la tensión de entrada (12V) ¿Qué te parece?

Un saludo.

[Picuino]

También he visto que hay resistencias smd 1206 y 0805 ¿Por qué esa diferencia?
Yo prefiero valores 0805. Son pequeños, pero se manejan bien.

Saludos.

[Picuino]

Otra cosa, vendría bien un condensador en paralelo a R8 y una resistencia en serie o paralelo con R15 (para afinar su valor con más precisión)

Si quieres y me pasas el esquema, puedo ayudarte con los cambios.

Saludos.

[micro_pepe]

Estoy repasando la lista y creo que deberíamos intentar reducir la cantidad de referencias.
Por ejemplo hay varios condensadores de desacoplo de 47nF que se pueden sustituir por condensadores de 100nF sin problema.

Los condensadores de entrada y de salida también se pueden poner iguales. Dos de 1500uF para la entrada creo que es suficiente (la entrada no tiene tanto rizado como la salida) y así no hay tantos valores distintos.

Otro punto que he visto es el punto de alimentación del led. Como es la salida (que tiene una tensión muy variable), va a tener problemas para estar bien polarizado y además añade un zener. Yo lo conectaría a la tensión de entrada (12V) ¿Qué te parece?

Un saludo.

Los condensadores OK. Lo del LED lo hice así para que el brillo diese una indicación del voltaje de salida, si se ajusta a 19v por ejemplo, y brilla mucho en algún momento es que algo ha pasado.

También he visto que hay resistencias smd 1206 y 0805 ¿Por qué esa diferencia?
Yo prefiero valores 0805. Son pequeños, pero se manejan bien.

Saludos.

Puse resistencias 1206 en los lugares que de antemano no sabía la potencia que iban a disipar, al menos yo las que tengo 1206 son de 1/4w y las 0805 son de 1/8w, seguramente estas últimas las hay de 1/4w pero yo no las tengo.

Otra cosa, vendría bien un condensador en paralelo a R8 y una resistencia en serie o paralelo con R15 (para afinar su valor con más precisión)

Si quieres y me pasas el esquema, puedo ayudarte con los cambios.

Saludos.

El diseño está en Eagle, si quieres te lo paso.

Gracias, un saludo!!!

[Picuino]

He repasado todas las resistencias y solo he encontrado tres valores que tienen más potencia de 1/8W:
  Las resistencias de sensado de corriente (R6, R7) que son muy grandes
  Las resistencias de polarización del led (depende de la tensión máxima de salida)
  La resistencia del snubber R12

Respecto al Zener D3, hay que reducirle porque en el led ya puede haber una caída de 2 a 3 voltios y la salida puede llegar a un mínimo de 12V. Yo pondría zener de 8v y 2 resistencias de polarización de 820 Ohm. A 40V de salida, la corriente será de 18mA, casi el límite de la mayoría de leds.

No suelo utilizar Eagle. Creo que tardaría menos repetirlo en KiCad que aprender otro entorno. 

Un saludo.

[micro_pepe]

Adjunto las modificaciones, la resistencia del gate del Mosfet la he dejado tamaño 1206, da 1A de pico de corriente, y creo que lo soportará mejor una de 1/4w ¿que opinas? y con R11 que hacemos la dejamos de 1/2w THT?





En cuanto a los valores de los componentes que ajustan el PI o PID, la resistencia en serie con R15 y el condensador en paralelo con R8 ¿los dejo sin poner? puede que al experimentar cambien y la serigrafía de lugar a confusión.

Otra cosa, los condensadores de desacoplo cerámicos SMD de 22uF, en el montaje puse dos de 10uF uno encima de otro, pero creo que con poner uno de 10uF es suficiente.

Saludos!!!

[Picuino]

El PCB no hace falta cambiarle. En los pads de un 1206 puedo soldar también un 0805, así que no hay problema.

Yo dejaría todos los componentes extras para poder experimentar.

Saludos.

[micro_pepe]

Estoy revisando los cálculos de la rampa de compensación según la hoja de datos del integrado (pag 28): 

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uc2844.pdf

Siguiendo esas formulas, con los datos:

L=100uH
D=0.6
Vi=12v
Fsw = 40KHz
Rcs = 28mOhm

Mideal = (1/pi + 0.5)/(1-D) = 2.046

Sn = (Vin · Rcs)/L = (12v · 0.028Ohm)/100uH = 3.36mV/us

Se = (M - 1)·Sn = (2.046 - 1) · 3.36 = 3.51mV/us

tonmin = D / Fsw = 0.6 / 40KHz = 15us

Sosc = Voscpp/Tonmin = 1.7 / 15 = 113mV/us

Rramp = R13 = Rcsf · (Sosc/Se - 1) = 1Kohm · (113/3.51 - 1) = 31Kohm

Rcsf es R4 = 1Kohm

Sin embargo en el montaje R13 es mucho menor, de 4k7, ¿Como lo calculaste? supongo que la diferencia viene por el añadido de R15.

Gracias, un saludo!!!

[Picuino]

Ya publiqué la formula, que era distinta a la del datasheet. Voy a revisarla y te respondo.
Saludos.

[micro_pepe]

Ya publiqué la formula, que era distinta a la del datasheet. Voy a revisarla y te respondo.
Saludos.

Sí, aquí:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=47512.75

pero no veo muy claro de donde salen los valores que usamos en la práctica.

Gracias, un saludo!!!

[Picuino]

He repasado los cálculos. La fórmula que funciona es la siguiente:

   m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)
   
   m3 = rampa de compensación marginalmente estable
   m1 = rampa de subida de corriente (Ve/L)
   D = Ciclo de trabajo

   Para valores de m3 mayores, la fuente es estable.
   Para valores de m3 menores, la fuente es inestable.

La justificación no es sencilla. Las oscilaciones se producen cuando un pequeño cambio en la corriente de la bobina produce un cambio mayor al final del ciclo.
Esta es la gráfica de la corriente con y sin perturbación:



Si la pendiente m3 se hace menor, al final del ciclo la corriente termina con un cambio (-h) mayor que el cambio inicial (h). De manera que cualquier pequeña perturbación se va amplificando hasta que se hace muy grande y cambia el ciclo de trabajo.

Caos
Esto se denomina comportamiento caótico. Sigue las reglas de la teoría del caos. Para que se produzca caos en un sistema dinámico es necesario que se cumplan dos condiciones:
1. Pequeñas perturbaciones iniciales se van ampliando hasta que sus trayectorias se separen contínuamente.
2. Después de esa dispersión de trayectorias hay una mezcla, de forma que las trayectorias separadas vuelven a juntarse.
En este sistema también se da la segunda condición, porque por mucho que se separen las trayectorias de corriente, al final sus valores están acotados por 0 y por Imax de manera que la corriente no puede crecer o decrecer indefinidamente y volverá a valores medios.

Ecuaciones
Para llegar a la ecuación anterior he utilizado las siguientes ecuaciones del sistema:

   m1 * D = m2 * (1 - D)
 
   m1 * T * D' = m2 * (1 - D') * T  - h
   dt = (D - D') * T
   dI = h + m1 * T * D' - m1 * T * D
   m3 = dI / dt

   D = Ciclo de trabajo estable
   T = Tiempo de ciclo
   m1 = pendiente de subida de corriente = Ve / L
   m2 = pendiente de bajada de corriente = (Vo - Ve) / L   
   D' = Ciclo de trabajo de la corriente con perturbación (línea rayada)
   h = pequeña perturbación de corriente en la bobina
   dt = cambio de tiempo en el ciclo de trabajo debido a la perturbación de corriente
   dI = cambio de corriente máxima debido a la perturbación de corriente

A partir de las ecuaciones anteriores y con un poco de trabajo, sale la ecuación que puse al comienzo:

   m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)

Ahora sólo falta traducirlo a componentes electrónicos.

Saludos.

[Picuino]

Para traducirlo a componentes hay que tener en cuenta que la conmutación se produce sólo cuando el pin 3 (sens) vale un voltio. Esa será la condición para calcular todo.

Corriente por R4:   I_R4 = (1v - (I_pico * Rsense)) / R4

Corriente por R15 (offset):   I_R15 = (5v - 1v) / R15

Tensión en condensador oscilador: Vc = 1 + 1.7 * D

Corriente por R13 (rampa): I_R13 = (1.7 * D - 0.65v) / R13
Este valor es aproximado. La tensión 0.65 es la caída base-emisor del transistor. La corriente sólo puede ser positiva, de manera que el el inicio del ciclo no existe rampa de compensación, sólo a partir de D= 0.38 comienza la rampa a funcionar.

Rampa de compensación

Rampa m1 en el sensor de corriente:
   m1 = (Rsense * Ve / L) / R4    [A/s]

Rampa m3 de compensación en el sensor de corriente:
   m3 = 1.7v / (T * R13)    [A/s]

Ecuación de rampa:
   m3 = m1 * (D - 0.5) / (1 - D)

Despejando:

   R13 = 1.7 * L * R4 / (Rsense * T * Ve )  * (1 - D) / (D - 0.5)


Aquí hay que pensar en el peor de los casos. Por ejemplo Ve = 11V, Vo = 35V

   D = (Vo - Ve) / Vo = 0.686
   Rsense = 0.028
   R4 = 1k
   L = 70uH
   T = 25us
   R13 = 1.7 * 70u * 1000 / (0.028 * 25u * 11)  * 1.69 = 26k Ohmios.

La resistencia que hay ahora puesta (de 4k7) es muy conservadora. No sé si la calcule mal o si puse un valor mucho más pequeño para asegurar que no habría oscilaciones.
Lo mejor es aumentarla para que no limite la corriente de pico para valores de tensión de salida altos.

Saludos.

   

[micro_pepe]

Gracias Picuino, muy buena explicación.

Habrá que probar con un valor más alto para R13, no se hizo la prueba de poner una carga alta a alto voltaje, quizás el valor actual de R13 limite un poco la corriente de pico.

Saludos!!!