Просадка напряжения питания при импульсной нагрузке Опции

[Alt.F4]

Добрый день.
Столкнулся с проблемой сильной просадки напряжения питания GSM модема SIM300 (осциллографа нет, но тестером удалось "засечь" 3,4В от установленных 4,1В).
При включении, модем "тестирует" питающий стабилизатор, нагружая его 3А.
В качестве DC-DC преобразователя использую TPS5430 (500kHz).
По всем рассчетам из даташита он вполне должен справляться с такой импульсной нагрузкой (По входу электролиты 470мкФ Х2, по выходу - танталы 100мкФ Х2).
Куда копать?
Спасибо.

Сообщение отредактировал Alt.F4 - Mar 1 2011, 21:41

[ViKo]

Для TC
А фрагмент схемы выложить можете? Вдруг какую-нибудь ножку не туда завели?

Для =AK=
Ток ведь с источника берется, а не только с конденсаторов на входе. Вот когда не хватит источника, тогда с конденсаторов потекёть.

Для Microwatt
Ток через дроссель, когда ключ внутри стабилизатора закрыт, будет течь через диод. А со входа не будет. Так что разница в форме тока на входе блока питания и на его выходе имеется. На то он и импульсный стабилизатор.

[Microwatt]

Для Microwatt
Ток через дроссель, когда ключ внутри стабилизатора закрыт, будет течь через диод. А со входа не будет. Так что разница в форме тока на входе блока питания и на его выходе имеется. На то он и импульсный стабилизатор.

Да возьмите же реальный стабилизатор, осциллограф и посмотрите.
Форма тока одинакова, это трапеция с разным углом наклона вершины при заряде дросселя и разряде. Вы как себе представляете ток в дросселе на прямом ходе есть, а на обратном исчез мгновенно в неизвестном направлении или наоборот? Такого не может быть в индуктивности.
И токи входной и выходной по форме одинаковы, меняется наклон , скорость нарастания-спада, но амплитудные значения ОДИНАКОВЫ!
В крайнем случае, когда на малой нагрузке появляется режим разрывного тока , трапеция переходит в треугольник. Но форма одинакова, треугольная, высоты равны, меняется лишь наклон гипотенузы.
Это ж букварь по ТОЭ.

[Alex255]

Форма тока одинакова, это трапеция с разным углом наклона вершины при заряде дросселя и разряде. Вы как себе представляете ток в дросселе на прямом ходе есть, а на обратном исчез мгновенно в неизвестном направлении или наоборот? Такого не может быть в индуктивности.
И токи входной и выходной по форме одинаковы, меняется наклон , скорость нарастания-спада, но амплитудные значения ОДИНАКОВЫ!
В крайнем случае, когда на малой нагрузке появляется режим разрывного тока , трапеция переходит в треугольник. Но форма одинакова, треугольная, высоты равны, меняется лишь наклон гипотенузы.
Это ж букварь по ТОЭ.

Что то здесь не так, или я чего то не понимаю...
Против закона Кирхгофа ничего не имею, но цепь здесь сложнее чем просто один контур.
Если рассматривать непрерывный режим, то входные токи суть периодические трапеции с разрывом (благо есть ключ). Ток через индуктивность это скорее пила, естественно без скачков тока. Ток через диод это тоже последовательность трапеций с обратным наклоном дополняющих входной ток до тока катушки. Ну а выходной ток (на нагрузке) это что то подобное току через катушку с существенно меньшими пульсациями из-за емкости.
Ну никак входной ток не может иметь ту же форму что и выходной. Ток через индуктивность совпадает с входным при открытом ключе разве что.

[Microwatt]

Ну никак входной ток не может иметь ту же форму что и выходной. Ток через индуктивность совпадает с входным при открытом ключе разве что.

Да, при открытом ключе совпадает со входным, при закрытом - с выходным. Амплитуда одинакова.
Состыкуйте входной и выходной ток и получите ток в дросселе. Понятно, что там будет постоянная составляющая, но амплитуда тока - вовсе не размах пилы по вершинке. Эта пила - пульсации тока. В нормально сделанном стабилизаторе это 20-40% от амплитуды.
Нагляднее всего это, конечно, видно в симуляторе.

[=AK=]

Состыкуйте входной и выходной ток и получите ток в дросселе. Понятно, что там будет постоянная составляющая, но амплитуда тока - вовсе не размах пилы по вершинке. Эта пила - пульсации тока. В нормально сделанном стабилизаторе это 20-40% от амплитуды.

Через конденсаторы постоянный ток, как известно, не течет. Поэтому, рассуждая о величине импульсного тока, протекающего через входные и выходные конденсаторы, постоянную составляющую следует исключить. И в сухом остатке будет, что через входные кондеры течет импульсный ток с двойной амплитудой порядка 3 А, а через выходные - треугольный ток на порядок меньшей амплитуды.

1. Нагрузка скачком меняется с 5кОм до 5 Ом - провал выходного напряжения 1 В [attachment=53954:tps5430_1mA_1A.zip]
2. Нагрузка скачком меняется с 50 Ом до 5||50 Ом - провал выходного напряжения <0.1 В[attachment=53955:tps5430_0.1A_1.1A.zip]

Совершенно верно. В первом случае регулятор должен перейти из режима прерывистых токов дросселя в режим непрерывных токов. Во втором он все время работает в режиме непрерывных токов.

[Microwatt]

И в сухом остатке будет, что через входные кондеры течет импульсный ток с двойной ампритудой порядка 3 А, а через выходные - треугольный ток на порядок меньшей амлитуды.

Ток не в самих конденсаторах возникает. Это - пассивные элементы. Баланс "в одну трубу вливается, в другую выливается" должен соблюдаться.
Тут просто Вами смешиваются понятия тока в дросселе и пульсаций в конденсаторах фильтра. Отсюда и недоразумение.
В понижающем преобразователе от источника дросселем берется ток и отдается в нагрузку тот же самый, только скорость нарастания и спада разные за счет разных времен. Вольсекундные в амперсекундные площади равны.
Как тут разравнивают потребление конденсаторы зависит от их емкости, уровня пульсаций по входу и выходу. Но энергию они не изменяют. Уберите конденсаторы совсем и убедитесь.

[ViKo]

В понижающем преобразователе от источника дросселем берется ток и отдается в нагрузку тот же самый, только скорость нарастания и спада разные за счет разных времен. Вольсекундные в амперсекундные площади равны.

В том-то и дело, что не тот же самый! При всем моем уважении к вам, вы заблуждаетесь! И не равны ни вольтсекундные, ни амперсекундные площади. А равны площади ваттсекундные. За вычетом к.п.д. Берем тока меньше от большего напряжения, а отдаем тока больше, но меньшего напряжения.
P.S. признать свою ошибку - не позор.

для ТС
Если микросхема нагревается, значит нужно приделать ей теплоотвод. Какой бы ни был ключ, падение на нем есть. 3A тока - это не хвост собачий. То же относится и к диоду. 3A тока...

[Microwatt]

И не равны ни вольтсекундные, ни амперсекундные площади. А равны площади ваттсекундные. За вычетом к.п.д.

Хорошо, пусть ваттсекундные., если это помогает понять суть. Заряжаем дроссель 1мГн до 1А за 1 мкс и отдаем энергию за 10мкс. Остается только посчитать вольты, амперы и площади.
Энергия получится 0.5мДж. Напряжение 1000 и 100 вольт. Ток средний 0.5 и 0.05А (амплитудный 1А!). Мощность средняя 500ватт и 50 ватт. Все три площади равны?
Или что-то не так?
Вы попробуйте трансформатор заставить работать без абсолютного равенстива вольтсекундных площадей - войдет в насыщение немедля. А дроссель просто невозможно по-другому , это вытекает из определения самой индуктивности.

[ViKo]

Все три площади равны?
Или что-то не так?

Ну, "зарядили" мы дроссель до 1A за 1us. Накопили в нем энергию 0.5mJ. А "разрядили" за 10us со значения 1A до 0. Ток спадал медленнее, потому как не надо нам больше тока. Где ж площади равны? Вторая площадь в 10 раз больше.
Вы ж про дроссель говорили в сообщении №60?
А если взять входной и выходной токи и напряжения преобразователя целиком, то там да, площади будут равны.
Естественно, ток в напряжение не превратить или превратить? что-то я путаюсь
И куда девается спадающий ток в дросселе? Заряжает выходной конденсатор, поддерживает на нем постоянное напряжение. Который нагрузка норовит разрядить своим током.

[yakub_EZ]

Естественно, ток в напряжение не превратить или превратить? что-то я путаюсь
И куда девается спадающий ток в дросселе? Заряжает выходной конденсатор, поддерживает на нем постоянное напряжение. Который нагрузка норовит разрядить своим током.

Да возьмите уже поиграйтесь в симуляторе. Большинство вопросов сразу отвалится. Равенство площадей наблюдается только в ватсекундной характеристике. Если брать энергию поля дросселя пропорциональную квадрата тока, то тоже не получатся.
На картинке дроссель 1 мкГн, "заряжаем" его постоянным напряжением 1 вольт 1мкс, "разряжаем" 0.1 вольт 10 мкс. Баланс ватсекундной характеристики (красная кривая полученная перемножением тока на напряжение) и больше никакой другой характеристики, видно невооруженным глазом.
Модель в архиве, если кому интересно

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 coil.rar ( 303 байт ) Кол-во скачиваний: 29

 

[ViKo]

Да возьмите уже поиграйтесь в симуляторе.

Так и сделаю. Растерялся я, отвечая Microwatt.
Еще один "аргумент" - можем же мы в течение 1s от источника 10V взять тока 1A, а выдать с регулятора 5V и 2A (примем кпд 100%)? Можем. И площади вольтов или амперов не сохранятся.

для TC
может, все-таки дроссель виноват? Индуктивность его показана в даташит на частоте 1kHz. Замените чем-нибудь другим.

[Microwatt]

Так и сделаю. Растерялся я, отвечая Microwatt.
Еще один "аргумент" - можем же мы в течение 1s от источника 10V взять тока 1A, а выдать с регулятора 5V и 2A (примем кпд 100%)? Можем. И площади вольтов или амперов не сохранятся.

Да, если опустить КПД, то брать со входа 10В мы можем 1А, получая на выходе 5В при 2А. или 1В при 10А. Но это средние значения. В импульсе нам для 2А дроссель на 2А же и нужно будет зарядить, для 10 - до 10А
Но на том и работает импульсный стабилизатор, что произвольно изменить ток разряда нельзя. При разряде дросселя напряжение подстроится автоматически.
При коротком замыкании теоретически ток будет спадать вечно. На холостом ходу напряжение будет расти неограниченно, пока где-то дугой не замкнется.
Конечно, если мы все-таки трансформируем входное напряжение, то одновременного постоянства токов, напряжений и мощностей не будет. Только ватт-секундная площадь. Уменьшение напряжения компенсируется увеличением тока.
В понижающем стабилизаторе это напоминает чем-то продавливание комка пластилина через калиброванное отверстие. При стабильном сечении отверстия выходная колбаса тем длиннее, чем тоьнше отверстие. Если отверстия нет - давление будет расти неограниченно, до разрыва пресс- формы.
Если отверстие бесконечно большое, то все, что втолкнули - немедленно на выходе, неограниченный ток, без напряжения.
Но масса пластилина не меняется, это точно.
Да. если есть под рукой симулятор - проще всего там посмотреть. Я на полноту изложения и ясность тут не претендую.