Посоветуйте по схеме питания, 12В->24В->15В->5В->3.3В Опции

[Ilya_A]

Здрасте всем!

Ситуация такая: нужно с 12ти вольт получить напруги 24В, 15В, 5В и 3.3В. Желательно чтобы схема получилась достаточно бюджетной.

При этом необходимо обеспечить следующее потребление по каждому напряжению:
24В: минимум 5-7А
15В: до 500 мА
5В: до 1000 мА
3.3В: до 500 мА

По шумам все на так критично, т.к. техника чисто цифровая, нету никаких АЦП, поэтому можно и нужно использовать импульсники.

Вот что пришло в голову:
12->24В схема на трансе и TL494
24->15В схема на MC34063
24->5В схема на MC34063
24->3,3В схема на MC34063

Что скажут более сведущие люди в преобразовательной технике? Может лучше сделать последовательное снижение 24->15->5->3.3 ?

ЗЫ: Обращаюсь с советом, т.к. в этом направлении не могу похвастаться богатым опытом.

[Microwatt]

да, я бы "а-ля резидент". Все отдельно из 24 вольт.

[andreichk]

да, я бы "а-ля резидент". Все отдельно из 24 вольт.

ну так и сделаем

[Ilya_A]

Все из 24В. Потому, что
а) последовательное включение уменьшает КПД пропорционально количеству ступеней (допустим получили вы 15В из 24В с КПД 80% и получили 5В из 15В с КПД 75%. Следовательно КПД для 5В выхода 0,8*0,75*100%=60%, вместо 75%);
б) при более высоком входном, меньше импульсный ток ключевого элемента.

Ну собственно на подсознании так и думал, но объяснить почему именно так лучше не мог. Спасибо за ответ.

Какие еще могут быть предложения по улучшению/удешевлению схемы?

24 - делал бы нестабилизированным из 12 удвоением пушпулом (автотрансформатором) или конденсаторным удвоителем с синхронным выпрямлением . Двумя фазами.

В этом абсолютно не шарю. А на сколько получится надежной схема? Потянет ли такой ток?
Как она по цене, дороже или дешевле?

[тау]

Какие еще могут быть предложения по улучшению/удешевлению схемы?

Ну Вы же сами согласились что чем меньше ступеней преобразования , тем меньше умножающих коэффициентов КПД. Имхо, поэтому лучше все низкие напруги делать из +12 входного. Кроме того , при использовании ШИМ контроллеров, и большой разнице между входным и выходным напряжением, работа получается с маленьким временем открытого ключа. Это снижает устойчивость схемы преобразователя и требует принятия некоторых мер (хотя к такой микрухе как 34063 это не относится).
При повышенном напряжении входа КПД некоторых шим контроллеров может ухудшаться из -за увеличения динамических потерь при открытии ключа и рассасывании диода степ-дауна. Увеличиваются и статические потери на диоде перед выходным дросселем (в отсутствии синхронного выпрямителя , который Вам имхо не нужен для токов до 1 А), так как падение на ключе обычно меньше чем падение на диоде. Тот выигрыш по статическим потерям из-за уменьшения среднего тока ключа может оказаться проигрышем . Зависит от диода, контроллера и т.д.
Запитав всё про всё от +24 Вы теряете полезную особенность типа самодиагностики. Вот выгорит +24 (ну там предохранитель какой по входу или еще чего) и у вас обесточивается ВСЯ схема. А было бы иначе - глядишь микроконтроллер сможет и инфу послать кому надо , мол "авария в цепи питания мощных нагрузок".

Сообщение отредактировал тау - Sep 20 2009, 10:07

[rezident]

Имхо, поэтому лучше все низкие напруги делать из +12 входного.

А как же гальваноизоляция от входного? Для каждого канала DC/DC свой транс вместо дросселя ставить? Ой-ё!

[тау]

А как же гальваноизоляция от входного?

а нафига ему изоляция? баловство

[rezident]

а нафига ему изоляция? баловство

Откуда я знаю зачем? Но он упоминал о гальваноизоляции, исходя их этого я и предлагал. В частности, если есть внешние интерфейсы связи, то гальваноразвязка с малой проходной емкостью улучшает их устойчивость к синфазным помехам. А если изоляция нужна, то проще (дешевле) изолировать один (основной) источник, вместо того, чтобы делать гальваноразвязанные DC/DC для каждого выходного канала. Притом, что они (выходные напряжения) неразвязаны.

[тау]

Откуда я знаю зачем? Но он упоминал о гальваноизоляции, исходя их этого я и предлагал.

Упоминал но не настаивал.

В частности, если есть внешние интерфейсы связи, то гальваноразвязка с малой проходной емкостью улучшает их устойчивость к синфазным помехам

а еще лучше когда паразитная проходная емкость первичек и вторичек транса стремится к нулю, а межземельный конденсатор увеличивают по величине (в пределе бесконечность , т.е. КЗ ) . Это благотворно сказывается на EMI. В отличие от сетевых источников , в рассматриваемом случае нет требований по электробезопасности, ограничивающей максимальный номинал межземельного конденсатора. Иными словами , лучше земли соединить, если нет других причин.

[Microwatt]

Упоминал но не настаивал.

а еще лучше когда паразитная проходная емкость первичек и вторичек транса стремится к нулю, а межземельный конденсатор увеличивают по величине (в пределе бесконечность , т.е. КЗ ) . Это благотворно сказывается на EMI.
....... лучше земли соединить, если нет других причин.

Мм.мм.. Что-то по межземельным конденсаторам в святцах записано..
Ток через них не должен превышать 4 мА.
Опять же, с точки зрения электробезопасности. В низковольтных цепях может и можно их увеличить, но кто знает под какими относительными потенциалами эти 12 вольт могут находиться.
Учитывать и нужно, наверное.

[Ilya_A]

Хм... какие тут дебаты развернулись... Я о многих появивишихся вопросах даже и предположить то не мог.

Чувствую надо объяснить состав устройства, и для чего каждая из напруг, тогда дискуссия будет более предметная.

мощные 24 вольта - для управления одним шаговиком и двумя BLDC моторами
15 вольт - для драйверов мосфетов ( управляющих моторами)
5 вольт - для запитки энкодеров, графического LCD дисплея, клавиатуры, Кварцевого генертора для контроллеров PIC
3.3 вольта - два dsPIC-а, один PIC24, FRAM, EEPROM, GPS, линия 1-wire

У устройства также есть связь с ПК по USB через FT232. FT232 питается отдельно от USB, сигналы TX и RX опторазвязаны.
Еще есть еще 4 внешних управляющих логических сигнала, которые тоже опторазвязаны, но их источник запитывается от наших 5ти вольт.

С энкодеров сигнал приходит по витой паре, на PICи поступает через микросхему AM26LM32.


Вот теперь я думаю стало понятно что и зачем. Жду объектиной критики.
Нужна ли здесь вообще развязка по питанию от входных 12 вольт ?
Какие могут быть траблы в связи с соседстом с BLDC? Как от них лучше защищаться?

[rezident]

Чувствую надо объяснить состав устройства, и для чего каждая из напруг, тогда дискуссия будет более предметная.

Поскольку питания можно сгруппировать на две группы ("сила" и "логика"), то 24В и 15В можно объединить в одну группу, а 5В и 3.3В в другую. Причем 3,3В я бы делал из 5В на нескольких маломощных LDO прямо по "месту потребления". То бишь по одному LDO (SOT23 с макс. вых. током 100-200мА) на один-два МК или на МК+EEPROM. Получается один канал 5В с током 1,5А. И его от входа лучше гальванически развязать.
24В от входа развязывать нет особых причин. И поскольку 24В и 15В в одной группе, да и 15В без 24В не имеет смысла, то нужно попытаться как-то совместить их в одном неразвязанном от входа DC/DC.
Вот такие мысли. Правда неплохо бы еще было понять, откуда берется входное напряжение 12В? AC/DC или аккумулятор или комбинированная схема с резервным питанием?

[Ilya_A]

Поскольку питания можно сгруппировать на две группы ("сила" и "логика"), то 24В и 15В можно объединить в одну группу, а 5В и 3.3В в другую.

Верно подметили, я как-то не заострял внимание на этом моменте.

Причем 3,3В я бы делал из 5В на нескольких маломощных LDO прямо по "месту потребления". То бишь по одному LDO (SOT23 с макс. вых. током 100-200мА) на один-два МК или на МК+EEPROM. Получается один канал 5В с током 1,5А. И его от входа лучше гальванически развязать.

5 и 3.3 уже вроде определились, что лучше делать от входных 12ти. Только чтобы их отвязать - это же придется еще один транс мотать, чет неохота...

А не могли бы вы объяснить зачем делать отдельные LDO на 3.3? В чем будет преимущество такого подхода? Почти все 3х вольтовые устройства общаются друг с другом, не страшно что уровни сигналов будут малеха несовпадать? Их тогда через резюки наверное придется пропускать. И еще мне кажется что не хватит одного 5V@1,5А на все про все. LM2696 придется использовать - а оно дороговатое Какие еще можете посоветовать более дешевые но мощные импульсники?

24В от входа развязывать нет особых причин. И поскольку 24В и 15В в одной группе, да и 15В без 24В не имеет смысла, то нужно попытаться как-то совместить их в одном неразвязанном от входа DC/DC.
Вот такие мысли.

Спасибо за дельное предложение.

Правда неплохо бы еще было понять, откуда берется входное напряжение 12В? AC/DC или аккумулятор или комбинированная схема с резервным питанием?

Тут как бы мы этого однозначно не указываем. Просто к чему подключат. Если "в поле" то аккум. Если в доме то от блока питания 220->12.


ЗЫ: Спасибо за вникание в задачу, и уделение своего драгоценного времени.
Жаль что мы в разных часовых поясах. Я уже "ухожу в сумрак" - завтра на работу

[rezident]

5 и 3.3 уже вроде определились, что лучше делать от входных 12ти. Только чтобы их отвязать - это же придется еще один транс мотать, чет неохота...

Охота-неохота, это уже сами решайте. Я свою мысль о помехоустойчивости высказал ранее.

А не могли бы вы объяснить зачем делать отдельные LDO на 3.3? В чем будет преимущество такого подхода? Почти все 3х вольтовые устройства общаются друг с другом, не страшно что уровни сигналов будут малеха несовпадать?

5В это у вас как-бы "техническое" напряжение выходит. Из которого организуются питания на месте. Дело не совсем в уровнях сигналов, а в том, что нужно обладать некоторым искусством трассировки. Трассировщику вашего устройства нужно будет как-то так распределить земли и питания, чтобы и требуемый ток обеспечить и помехоустойчивость микроконтроллеров не ухудшить. Не следует забывать, что 1 см печатной дорожки это индуктивность примерно 10нГн. А теперь представьте, что вам нужно проложить трассы, где потребителями создаются импульсные токи с высокой крутизной фронтов и уровень помех U=L*dI/dt. Представили? Как известно, помехи проще локализовать в месте их возникновения, чем потом отлавливать их по всему устройству. Так что я за локальные "домены" питания.

И еще мне кажется что не хватит одного 5V@1,5А на все про все.

Вы сами в корневом сообщении так посчитали. Я лишь суммировал токи по каналу 5В и 3,3В.

Тут как бы мы этого однозначно не указываем. Просто к чему подключат. Если "в поле" то аккум. Если в доме то от блока питания 220->12.

Вообще-то есть некоторая разница при расчете, какой именно диапазон изменения входного напряжения закладывать: либо питание от стабилизированного AC/DC (AC220V->DC12V 12В±3..5%), либо питание от аккумулятора (скорее всего SLA, 10,5В...13,5В), не так ли? Вам видимо нужно на диапазон напряжений выдаваемого аккумулятором рассчитывать.

[Ilya_A]

5В это у вас как-бы "техническое" напряжение выходит. Из которого организуются питания на месте. Дело не совсем в уровнях сигналов, а в том, что нужно обладать некоторым искусством трассировки. Трассировщику вашего устройства нужно будет как-то так распределить земли и питания, чтобы и требуемый ток обеспечить и помехоустойчивость микроконтроллеров не ухудшить. Не следует забывать, что 1 см печатной дорожки это индуктивность примерно 10нГн. А теперь представьте, что вам нужно проложить трассы, где потребителями создаются импульсные токи с высокой крутизной фронтов и уровень помех U=L*dI/dt. Представили? Как известно, помехи проще локализовать в месте их возникновения, чем потом отлавливать их по всему устройству. Так что я за локальные "домены" питания.

Спасибо за консультацию. А локальных емкостей у каждой микросхемы на ногах для этого не достаточно?
Также получается, что для минимизации помех можно все цифровые линии соединить через резисторы 10-50 Ом, для сглаживания фронтов. Только вопрос: в какой части дорожки лучше их располагать? у источника? у приемника? или по середине? Мне почему-то кажется оптимальным первый вариант.

Вы сами в корневом сообщении так посчитали. Я лишь суммировал токи по каналу 5В и 3,3В.

Верно По раздельности они мне казались больше. Надо еще раз будет все точнее посчитать - те цифры я брал для прикидки.

Вообще-то есть некоторая разница при расчете, какой именно диапазон изменения входного напряжения закладывать: либо питание от стабилизированного AC/DC (AC220V->DC12V 12В±3..5%), либо питание от аккумулятора (скорее всего SLA, 10,5В...13,5В), не так ли? Вам видимо нужно на диапазон напряжений выдаваемого аккумулятором рассчитывать.

Да, конечно, закладываемся на аккумулятор.