3-канальный DC-DC Опции

[VadimNic_nt]

Здравствуйте!

Разрабатываю источник питания для микроконтроллерного устройства, в котором необходимы 3 напряжения: +3 В (70...100 мА) - питание "цифры", +5 В (~10 мА) и +26 В (10...11 мА) - питание аналоговых схем.
Устройство должно работать непрерывно в течении нескольких часов от двух NiMh элементов АА емкостью 2500 мАч и напряжением 1,1 В.
Элементы будут включаться последовательно.
Подскажите, есть ли м/с, имеющая до трех каналов DC-DC и подходящая под эту задачу. Или эту задачу можно решить как-то иначе?
Вижу преимущество использования 3-канального DC-DC в том, что не будет одновременного включения всех каналов,
т.е. в максимальный импульсный ток разряда батарей будет ограничен только током от одного канала DC-DC.

Сообщение отредактировал VadimNic_nt - Feb 15 2014, 04:13

[Plain]

Такие ИС если и есть, то это будет дороже на порядок, чем на стандартных одноканальных.

Что за загадочный "импульный ток включения"? У подавляющего большинства стабилизаторов есть прекрасные входы дистанционного управления, избавляющие от пыток рубильниками.

[VadimNic_nt]

Такие ИС если и есть, то это будет дороже на порядок, чем на стандартных одноканальных.

Что за загадочный "импульсный ток включения"? У подавляющего большинства стабилизаторов есть прекрасные входы дистанционного управления, избавляющие от пыток рубильниками.

При параллельной работе нескольких DC-DC от одного элемента питания существует вероятность одновременного включения силовых ключей,
при этом суммарный ток, превысит максимально допустимый импульсный ток разряда элемента питания, что ни есть хорошо.
Поэтому многие двух канальные DC-DC имеют функцию защиты от одновременного включения силовых ключей... Т.е. ключи включаются как-бы по очереди...

Проблемой является также требования очень маленьких размеров устройства :-(

[Егоров]

При параллельной работе нескольких DC-DC от одного элемента питания существует вероятность одновременного включения силовых ключей,
при этом суммарный ток, превысит максимально допустимый импульсный ток разряда элемента питания, что ни есть хорошо.

Нет, это надуманная проблема. У источника все равно есть входной фильтр, он эти колебания гасит.
Ну и не такое это мощное устройство чтобы многофазную систему городить.

[Plain]

При параллельной работе нескольких DC-DC от одного элемента питания

Получить все Ваши напряжения одинаково от такого малого входного будет просто дорого.

Выгоднее сперва эффективно, синхронным преобразователем с функцией отключения выхода, вроде такого, повысить низкое входное до самого мощного выхода, а остальные напряжения получить уже от него.

[Егоров]

повысить низкое входное до самого мощного выхода, а остальные напряжения получить уже от него.

угу, тоже за это.

[VadimNic_nt]

Да, согласен. В ходе проектирования тоже пришел к такой мысли.
Теперь есть проблема с фильтрацией помех, особенно в цепях +3 В и +5 В. Схема прилагается.
Может в схеме есть какие-то недостатки?

[vzelenuk]

Интегрированные решения от Texas http://www.ti.com/lit/an/snva597/snva597.pdf
Есть три LDO в одном чипе, есть два DCDС в одном чипе. На всякий случай.

[Plain]

есть проблема с фильтрацией помех, особенно в цепях +3 В и +5 В. Схема прилагается.

Такие схемы надо правильно разводить и правильно измерять. И то и другое пока сомнительно.

Может в схеме есть какие-то недостатки?

Деталей на порядок больше достаточного.

[Dimmix]

Подскажите, есть ли м/с, имеющая до трех каналов DC-DC и подходящая под эту задачу.

MAX1584 / MAX1585




Сообщение отредактировал Dimmix - Feb 15 2014, 19:43

[VadimNic_nt]

Такие схемы надо правильно разводить и правильно измерять. И то и другое пока сомнительно.


Деталей на порядок больше достаточного.

Можете предложить более экономичную схему? Или что из моей можно выкинуть?

Можете предложить более экономичную схему? Или что из моей можно выкинуть?

По поводу разводки? Можете поделиться своими подходами?

[vzelenuk]

Хоть не меня спрашивают, могу сказать про "подходы". Возьмите разводку референс дизайнов для данных микросхем, там приведена оптимальная топология. Надо только повторить.
Детали экономить на стадии прототипа не рекомендуется. Соберите прототип, а по живой плате уже можно эксперименты ставить и выкидывать по одной или пачками и смотреть, насколько ушла схема по параметрам от нужной. Порезав схему сейчас Вы лишаете себя возможности комфортной работы. Будете сопли сверху вешать и гроздями напаивать детали.
Можно и так, развести два варианта, максимальный и урезаный, на одной плате. Нужное оставить.

Правильные измерения на практике сводятся к короткой ножке заземления на конце щупа, как рекомендуется на 91 стр. Black Magic Говарда Джонсона.


Сообщение отредактировал vzelenuk - Feb 15 2014, 16:46

[VadimNic_nt]

Хоть не меня спрашивают, могу сказать про "подходы". Возьмите разводку референс дизайнов для данных микросхем, там приведена оптимальная топология. Надо только повторить.
Детали экономить на стадии прототипа не рекомендуется. Соберите прототип, а по живой плате уже можно эксперименты ставить и выкидывать по одной или пачками и смотреть, насколько ушла схема по параметрам от нужной. Порезав схему сейчас Вы лишаете себя возможности комфортной работы. Будете сопли сверху вешать и гроздями напаивать детали.
Можно и так, развести два варианта, максимальный и урезаный, на одной плате. Нужное оставить.

Правильные измерения на практике сводятся к короткой ножке заземления на конце щупа, как рекомендуется на 91 стр. Black Magic Говарда Джонсона.

Спасибо! Я тоже так думаю, тем более серии не планируется - если об экономии.
Можно ли существенно уменьшить шумность схемы, если перейти от двух-слойной к четырех-слойной ПП?

[vzelenuk]

В общем случае да, чем ближе план земли к трассам, тем меньше контуры токов, тем меньше шумов. У 4х слойной платы есть выбор по сравнению с двухслойкой, где только 1.6мм и все.
Плотность тока можно разгрузить, распределив питание по слоям. Но по шумам тема серьезная, на самом деле. Включает в себя комплекс мер.
Как одно из средств, обвести весь отсек с DCDC по периметру контуром земляной трассы, прошитой переходными, плюс вскрытая маска для закрытия сверху экраном, пропаянным по всему контуру, как это делают в устройствах передачи по радио.

Сообщение отредактировал vzelenuk - Feb 15 2014, 17:38

[Plain]

Можете предложить более экономичную схему? Или что из моей можно выкинуть?

Проще выкинуть всё. На MCP1640 сделать первый преобразователь в 5 В. На NCP1521, NCP1529 и т.п. сделать 3,3 В, а на LM27313 и т.п. сделать 26 В. Итого, по два силовых керамических конденсатора на вход и выход каждой ИС, и никаких полярных. Ещё не помешает защита входа от помех и переполюсовки.

За вычетом сомнительной надобности и работоспособности теоретических фильтров, в результате получится такая же, как сейчас, схема, т.е. странная, без дежурного питания МК непосредственно от батареи и управления им основным преобразователем.

По поводу разводки? Можете поделиться своими подходами?

Своих нет, есть общепринятые, а именно "звездой", и на ДПП такие схемы прекрасно разводятся.

[VadimNic_nt]

Проще выкинуть всё. На MCP1640 сделать первый преобразователь в 5 В. На NCP1521, NCP1529 и т.п. сделать 3,3 В, а на LM27313 и т.п. сделать 26 В. Итого, по два силовых керамических конденсатора на вход и выход каждой ИС, и никаких полярных. Ещё не помешает защита входа от помех и переполюсовки.

За вычетом сомнительной надобности и работоспособности теоретических фильтров, в результате получится такая же, как сейчас, схема, т.е. странная, без дежурного питания МК непосредственно от батареи и управления им основным преобразователем.


Своих нет, есть общепринятые, а именно "звездой", и на ДПП такие схемы прекрасно разводятся.

Дежурное питание не было предусмотрено, т.к. первоначально планировалась работа только от одного элемента АА NiMh, т.е 1...1,2 В.
Можете порекомендовать силовые керамические конденсаторы в SMD исполнении или у каких производителей их можно посмотреть?
В моем устройстве ширина платы всего 18 мм (устройство должно размещаться в трубке Ф18 мм), поэтому есть и проблемы с разводкой и с выбором элементной базы.

Спасибо, посмотрю описания

В текущей схеме столкнулся с проблемой помехи от DC-DC на +27 В. Помехи проникают и в цепь +3 В и в цепь +5 В.
Как грамотно развязать выход , например MCP1640, от входа LM27313?


Сообщение отредактировал VadimNic_nt - Feb 16 2014, 04:42

[vzelenuk]

Смотря какая помеха лезет и где. Если со входа 3.5V и 5.5V это одно, если по топологии пролезает, это другое.
В таком тесном объеме если все разведено на одной плате, помехи могут лезть из за совместного протекания токов по одним и тем же обратным земляным планам питания. Хотя этот 1см шириной скорее "широкая трасса". Может надо их полностью разнести. В таком объеме можно вынести 27V на отдельную плату и поставить между платами заземленную пластину из жести. Главное потом провода питания 27V и 3V не скручивать вместе, тогда помеха опять полезет.
Можно еще делать так, питание 3 и 5V тащить до потребителя "грязное", а там на входе потребителя поставить дополнительно цепочки LC которые отсекут все набранные на плате DCDC и наведенные в проводах помехи.

"силовые керамические конденсаторы" это просто конденсаторы например Murata, Vishay, Panasonic. Под "силовым" наверное понимается типоразмер корпуса, чем он больше, тем большую мощность может рассеять конденсатор, и на тем больший ток он может отработать. Но в даташитах обычно указывают, какой типоразмер рекомендуется.

Сообщение отредактировал vzelenuk - Feb 16 2014, 05:04

[Егоров]

А что такое "помехи"? Это пульсации на выходе? Так они принципиально есть у любого импульсного источника.
Что питается? Прецизионная аналоговая схема или обычная погремушка на МК?
Если схема не особо чувствительного класса, то 50-100мВ пульсаций - вполне нормально.
Ставить, не задумываясь, по каждому каналу компенсационный непрерывный стабилизатор, да еще в батарейной аппаратуре - нехороший тон

[Plain]

Дежурное питание не было предусмотрено, т.к. первоначально планировалась работа только от одного элемента АА NiMh, т.е 1...1,2 В.

Потребляемая мощность 1 Вт, ёмкость элемента 2 Вт·ч, кто мог при таких исходных планировать несколько часов.

Можете порекомендовать силовые керамические конденсаторы в SMD исполнении или у каких производителей их можно посмотреть?

Обычные X7R или X5R, как можно меньше размером и ближе к ИС. Силовые они потому, что по ним текут на порядки превышающие средние для любой схемы токи. Просто многие новички размещают эти компоненты вплоть в других углах приборов, а то и вообще тянут кабелями из соседних приборов, потому что считают их декоративными элементами, соответствующие главы в паспортах о разводке — фельетонами, и т.п.

В текущей схеме столкнулся с проблемой помехи от DC-DC на +27 В. Помехи проникают и в цепь +3 В и в цепь +5 В.
Как грамотно развязать выход , например MCP1640, от входа LM27313?

Входы и выходы преобразователей — это их силовые конденсаторы. Подключение помимо этих трёх к любой другой точке схемы сразу вытаскивает оттуда помеху.

Ещё помехи могут быть от неэкранированных индуктивностей, применение которых должно быть обосновано соответствующими расчётами.

Разводка таких схем, как сказано выше, должна начинаться с центра "звезды", т.е. определения координаты такой точки, длины до которой общих проводов всех узлов схемы минимальны. В данном случае она получается между преобразователями 3 В и 26 В. Самыми удалёнными от неё компонентами должны быть самые непринципиальные, т.е. дроссели.

[AnatolyT]

Вариант с тремя преобразователями считаю наиболее предпочтительным. Только вот разводку делал бы несколько иначе: каждый преобразователь должен иметь на плате отдельную область, соединенную с остальной частью схемы силовыми проводниками в трех точках: входное, выходное напряжение и общий. Таким образом область каждого преобразователя имеет отдельный полигон(заливку) земли, что будет препятствовать проникновению кольцевых входных выходных токов преобразователей между собой и в остальную часть схемы, земли остальной части схемы залить отдельно. В каждом преобразователе стремиться геометрически уменьшить контура прохождения входного и выходного тока. Соблюдать общее правило: нагрузку с наибольшим током располагать ближе к источнику, т.е. расположить преобразователи в таком порядке, этому же правилу следует придерживаться и в остальной части схемы.

Сообщение отредактировал AnatolyT - Feb 16 2014, 20:07

[Егоров]

Таким образом область каждого преобразователя имеет отдельный полигон(заливку) земли, что будет препятствовать проникновению кольцевых входных выходных токов преобразователей между собой и в остальную часть схемы, земли остальной части схемы залить отдельно. В каждом преобразователе стремиться геометрически уменьшить контура прохождения входного и выходного тока. Соблюдать ....

Кажется, все это правильно, но ради одного ватта такие страсти?

[AnatolyT]

Если это устройство - измеритель, то разделить земли источника и аналоговой части имеет значение, по крайней мере не помешает.

[Dimmix]

При 1вт и трехканальном контроллере 1мгц все фильтруется RC фильтром, возможно вы както криво замерили пульсации, их там в принципе не может быть.

[meloden2]

Те Вам нужно из 1,1 В получать 3 независимых выхода?

[VadimNic_nt]

Те Вам нужно из 1,1 В получать 3 независимых выхода?

В принципе схема рабочая.
Первоначально планировалась ее работа от одного элемента АА NiMh,
т.е. 1,1В. Впрочем, схема работает от одного элемента.
От двух элементов проще получить предсказуемую работу устройства в течении требуемого времени.
Согласен с тем, что выгоднее применять высокочастотные DC-DC на 1 Мгц или более.
Если бы сразу было решено использовать 2АА, то так бы и сделал.

При 1вт и трехканальном контроллере 1мгц все фильтруется RC фильтром, возможно вы както криво замерили пульсации, их там в принципе не может быть.

Да, с пульсациями была небольшая паника
АЦП работал в режиме DMA на память c SPI интерфейсом, при этом частота дискретизации задавалась таймером.
При некоторых условиях возникала рассинхронизация и контроллер DMA начинал брать данные из АЦП до
завершения преобразования.
Отсюда и "пугающие" шумы. Контроллер типа STM32F103xx.

Если это устройство - измеритель, то разделить земли источника и аналоговой части имеет значение, по крайней мере не помешает.

Полностью согласен

Сообщение отредактировал Herz - Feb 18 2014, 10:32

[meloden2]

About the 3 in 1 DC converters, does it need isolation?
If yes, what's the isolation voltage?
And waht's the biggest size u could accept?

Ну и про количество спрашивают.

nick@y-comp.com

[dinam]

Обычные X7R или X5R, как можно меньше размером и ближе к ИС.

А я вот наоборот, стараюсь не брать в мелких корпусах. Уж слишком уменьшаются ёмкости в мелких корпусах, по сравнению с более крупными при постоянном напряжении. Про увеличение индуктивности корпусов знаю