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Construir una fuente de alimentación DC DC que funcione

Resumen: Este artículo aborda consideraciones importantes al diseñar una fuente de alimentación CC CC. Los temas incluyen elegir los convertidores DC DC adecuados para la aplicación; Capacitancia de puerta MOSFET; altas frecuencias de conmutación y tamaño de componente; ecuaciones y cálculos; seleccionando componentes periféricos; colocación de componentes y compensaciones; toma de tierra; regulación de carga y línea; sensibilidad a la temperatura

Introducción

El primer circuito de convertidores DC DC de un diseñador generalmente tiene algo en común con los primeros intentos en cualquier otro campo: tiene una pequeña posibilidad de funcionar satisfactoriamente cuando se enciende por primera vez. Puede parecer una evaluación lúgubre, pero refleja las realidades del diseño de la fuente de alimentación en modo conmutado. DC DC converters son sistemas complejos. Incluso cuando se simplifican con circuitos integrados altamente integrados, aún requieren extensos cálculos de componentes y una cuidadosa selección del controlador IC. Además, son sensibles al diseño de la placa y componentes parásitos (es decir, las características de un componente que no son ideales, como la resistencia en un condensador o capacitancia en un interruptor MOSFET).

Hay pocas fuentes completas de información de diseño de DC DC. Los libros de texto de ingeniería discuten la teoría de control, la compensación de bucles y otros métodos analíticos altamente detallados. Las hojas de datos para convertidores DC DC proporcionan fórmulas específicas y cierta información de diseño. Se dispone de menos información para guiar el diseño general de los convertidores CC de CC basados ​​en circuitos integrados de principio a fin.

Este artículo rellena espacios de información para un primer diseño de fuente de alimentación CC DC. Es el resultado de las fallas y éxitos del autor con decenas de circuitos de suministro de energía.

Selección de dispositivo

Una vez que se seleccionan las especificaciones iniciales de un diseño de CC CC (por ejemplo, rango de voltaje de entrada, voltaje de salida, corriente de salida), el primer paso es seleccionar un IC de convertidor. La topología DC DC deseada reducirá esta elección. Si el voltaje de entrada es mayor que el voltaje de salida, elija una topología de reducción (es decir, reducción). Si el voltaje de entrada es menor que el voltaje de salida, elija una configuración de refuerzo (es decir, incremento). Si el voltaje de entrada se encuentra por encima y por debajo del voltaje de salida, se necesita un convertidor de aumento de buck o un convertidor SEPIC. Por último, si el voltaje de salida es negativo, se usa una topología de inversión.

Tenga en cuenta que una salida de convertidor CC de refuerzo aumenta con el voltaje de entrada cuando la entrada excede lo establecido para la tensión de salida. De manera similar, un convertidor buck no puede proporcionar la salida deseada cuando el voltaje de entrada es menor que esa salida. Se dice que está "en abandono" cuando eso sucede.

Muchos de los requisitos de carga de CC CC pueden cumplirse con los convertidores de CC de CC que incluyen interruptores de alimentación integrales. La mayoría de tales circuitos integrados incluyen MOSFET, pero algunos emplean transistores bipolares. La capacidad de corriente de carga de los circuitos integrados MOSFET DC-DC internos más nuevos puede manejar hasta 25 A (por ejemplo, MAX8655 y MAX8686). Por lo general, se prefiere un dispositivo de conmutación interna, si está disponible, tanto para la simplicidad general como (a menudo) para un menor costo total.

Las aplicaciones de alta potencia o alto voltaje que exceden las capacidades de los dispositivos internos MOSFET necesitarán interruptores MOSFET externos. Los convertidores de CC-CC diseñados para controlar los interruptores de potencia externos se suelen llamar "controladores". Estos circuitos integrados incluyen controladores para cargar y descargar rápidamente la capacitancia de puerta de un MOSFET externo. La capacidad de cargar y descargar rápidamente una compuerta MOSFET es fundamental para lograr una conversión de alta eficiencia. El conmutador quiere pasar el menor tiempo posible en la transición entre sus estados activado y desactivado porque es cuando la pérdida de potencia es máxima. La mayoría de los controladores DC-DC especifican una capacidad máxima de compuerta que pueden manejar. (Consulte la sección, capacitancia de la compuerta MOSFET a continuación).

Además de las consideraciones de topología, voltaje y corriente, es probable que haya otras características de aplicación que dirijan la elección de IC de CC-CC. Por ejemplo, en la mayoría de las aplicaciones automotrices, un convertidor DC-DC debe ser capaz de tolerar las condiciones de arranque en frío y carga en vacío, así como un rango de temperatura de -40 ° C a + 125 ° C. La herramienta de búsqueda paramétrica en línea de Maxim ayuda a elegir entre las características y especificaciones del convertidor.

Capacitancia de la puerta MOSFET

Los fabricantes de Power MOSFET proporcionan varios parámetros dinámicos y de conmutación en sus hojas de datos, además de las especificaciones de CC, como resistencia a la conexión. En la mayoría de los casos, cuando se usan MOSFET externos con convertidores DC-DC, la carga total de la puerta (QG) es de interés principal. Elija MOSFET para los cuales el QG se encuentre dentro del rango recomendado por el fabricante del convertidor CC-CC. El uso del valor de QG típico del MOSFET está bien para la mayoría de los casos. El número máximo suele ser demasiado conservador. La especificación de QG se usa cuando se conduce un MOSFET de canal abierto n de canal abierto de "lado abierto" o, en otras palabras, cuando la fuente de MOSFET no cambia la tensión durante la conmutación.

En circuitos donde la tensión de fuente cambia durante la conmutación, el parámetro dinámico más útil es la capacitancia de transferencia inversa (CRSS). CRSS se utiliza para calcular la pérdida de conmutación en un MOSFET de canal n de gran parte de un convertidor de conversión de acuerdo con la siguiente ecuación:

PD (conmutación) = (C RSS × V IN ( MAX ) ² × f SW × I LOAD ) / I GATE

Donde IGATE es la fuente de puerta de pico y la corriente de sumidero, y fSW es ​​la frecuencia de conmutación.

PWM y otros esquemas de control

El esquema de control de convertidor DC DC más popular es la modulación por ancho de pulso (PWM). Los convertidores PWM mantienen una frecuencia de conmutación constante en una amplia gama de cargas. Ese comportamiento puede ser importante cuando el ruido de conmutación puede interferir con otros procesos en un sistema. Limitar el ruido a una banda conocida a menudo mitiga la interferencia.

El siguiente esquema de control más común es la modulación de frecuencia de pulso (PFM), donde el convertidor suministra impulsos de conmutación solo cuando lo requiere la carga. Los convertidores PFM se destacan en aplicaciones que requieren baja corriente de reposo y alta eficiencia en cargas muy pequeñas. Algunos IC de convertidores emplean ambos esquemas para combinar una buena eficiencia de modo inactivo con bajo nivel de ruido.

Las frecuencias de conmutación de los convertidores y controladores DC DC DC van desde 65kHz a más de 4MHz. En general, probablemente sea mejor evitar los dispositivos que operan a menos de 100 kHz, ya que tales frecuencias son típicas de los dispositivos viejos con poca eficiencia. Una frecuencia de conmutación más alta permite componentes externos más pequeños junto con menores corrientes pico y pérdidas I²R, pero aumentan las pérdidas de núcleo, las corrientes de carga de compuerta y las pérdidas de conmutación. (Consulte la sección sobre Frecuencia de conmutación alta que reduce el tamaño del componente.) Si la aplicación exige el tamaño más pequeño posible, busque convertidores con frecuencias de conmutación de 1 MHz o superiores. De lo contrario, simplemente elija un dispositivo que cumpla con los criterios de potencia y verifique que su frecuencia de conmutación no interfiera con otros componentes del sistema.

La frecuencia de cambio alto reduce el tamaño del componente

Una tendencia continua en los convertidores DC-DC es a frecuencias de conmutación más altas para lograr tamaños de componentes más pequeños. Cuando ocurren más ciclos de conmutación por segundo, la energía por ciclo de conmutación (y el tamaño de los componentes que almacenan esa energía) puede ser menor. Los valores del inductor, por ejemplo, pueden ser más bajos. El comportamiento del inductor se rige por las siguientes ecuaciones:

V L = L × (di / dt)

W L = (L × i²) / 2

Por ejemplo, considere un convertidor buck que funcione a 500 kHz con un inductor de 10μH. Cambiar la frecuencia a 1 MHz permite que exactamente la mitad de la inductancia, o 5μH, se use para lograr la misma transferencia de potencia. Aunque el valor de la inductancia disminuye a la mitad, el requisito actual sigue siendo el mismo. La segunda ecuación muestra que también reducimos a la mitad el almacenamiento de energía requerido del inductor. Como la inductancia es proporcional al cuadrado del número de vueltas, al reducir la inductancia a la mitad, el recuento de vueltas se reduce al 70,7% del número original. La reducción de los giros también disminuye proporcionalmente la resistencia de CC (DCR), por lo que el inductor resultante es más pequeño y tiene un DCR más bajo.

La frecuencia de conmutación más alta también reduce el tamaño del condensador de salida. En el ejemplo anterior, la capacitancia requerida es de 67μF a 500kHz, pero solo 33μF a 1MHz. La especificación de corriente de ondulación permanece sin cambios.

Después de elegir un tipo de dispositivo en particular (buck, boost, etc.), realice la selección final consultando los sitios web de los fabricantes de convertidores DC-DC. Siempre consulte el sitio web del fabricante para obtener la última hoja de datos. Mientras esté allí, busque las notas de la aplicación que se apliquen al dispositivo que está considerando. Sirven de guía y a menudo incluyen circuitos que se pueden usar con poca o ninguna modificación. (Consulte: Libro de cocina de suministro de energía, notas de aplicación de la fuente de alimentación de Maxim y los productos de administración de energía y batería). A partir de notas de aplicación y hojas de datos, puede obtener las ecuaciones que rigen el diseño de su dispositivo.

Diseño de ecuaciones

Las hojas de datos del convertidor DC DC deben contener ecuaciones útiles para diseñar su circuito. Los modelos de macro o los archivos de hoja de cálculo para calcular los valores de los componentes también pueden estar disponibles en la página web del producto. Asegúrese de leer cuidadosamente la hoja de datos de IC para asegurarse de seleccionar las ecuaciones adecuadas para el rendimiento requerido y el modo de operación. Una vez que se conocen los principales parámetros de diseño y se tienen las ecuaciones correctas, la mejor herramienta para evaluar las ecuaciones es una hoja de cálculo como Excel® o un programa de ingeniería matemática como MathCAD. La herramienta EE-Sim® de Maxim genera un esquema interactivo que presenta un motor de simulación altamente eficiente. Si el dispositivo seleccionado tiene un modelo EE-Sim, úselo para calcular los componentes apropiados para su diseño.

Cálculos de hojas de cálculo

Las hojas de cálculo son una herramienta de diseño básica eficaz para los convertidores DC DC. Incluso pueden servir como simuladores de circuito crudo, y su función "Resolver" puede ayudar a optimizar los valores de los componentes. Cuando se usa con ecuaciones de convertidor DC-DC, una hoja de cálculo permite un enfoque iterativo que ayuda a la selección de componentes al indicar rápidamente relaciones de causa y efecto.

Como ejemplo, considere el MAX1742, un convertidor de inversión de interruptor interno. La sección Procedimiento de diseño de la hoja de datos proporciona la información necesaria y el orden de los cálculos. Suponemos una entrada constante de 5V, una salida de 3.3V con una corriente de carga máxima de 500mA, y una frecuencia de operación de 500kHz.

Use los nombres de variables definidos siempre que sea posible. A medida que ingrese más ecuaciones, defina los resultados de esos cálculos con más nombres. Elija los nombres para que pueda recordar fácilmente lo que significan cuando revise los cálculos más tarde.

Primero, en la parte superior de una nueva hoja de trabajo, ingrese nombres para todos los valores predeterminados (Figura 1). Estos nombres pueden incluir VINMIN, VINMAX, VOUT, IOUT, FREQ (frecuencia) y otros términos asociados con el convertidor. En las celdas inmediatamente debajo de las celdas que contienen esos nombres, defina los nombres de las celdas para que coincidan con los nombres escritos arriba.


Figura 1. Uso de nombres de celda en hojas de cálculo.

Para definir un nombre de celda: seleccione la celda a nombrar, vaya al menú Insertar y seleccione Nombre, luego Definir en el submenú. En Excel, aparece un cuadro de diálogo para sugerir (como nombre predeterminado) el texto inmediatamente arriba de la celda seleccionada. Para nombrar la celda, haga clic en Aceptar en este cuadro de diálogo. Continúe por la fila hasta que todos estos campos hayan sido nombrados. Este procedimiento de nomenclatura le permite consultar VINMAX en sus cálculos en lugar de la celda A2. Tenga en cuenta que la celda seleccionada en la Figura 1 es A2, con un valor de 5. El nombre de la celda se indica justo encima de la fila etiquetada A. A continuación, explore el procedimiento de diseño y elija todos los valores de componente requeridos (Tabla 1). Tenga en cuenta que los valores originales de la hoja de cálculo se han convertido a unidades SI para mayor claridad.

Tabla 1. Cálculos del componente inicial

V INMAX V INMIN V OUT I OUT Frecuencia

5 5 3.3 0.5 500kHz

Primero calcule R TOFF .

VPMOS VNMOS t OFF R TOFF

45mV 35mV 673ns 66.3kΩ

Elija el valor para LIR, luego calcule L y IPEAK.

LIR_INIT L I PEAK

30% 14.8μH 575mA

A continuación, se calculan los parámetros del condensador de salida.

I ondulación ESR_MIN C OUT_MIN

529.6mA 0.22Ω 6.73μF

Cálculos de inicio suave

t SS C SS

100 ms 0,22 pF

Selección de Componente

Usando los valores de la Tabla 1, seleccione los componentes periféricos del convertidor DC DC. Verifique las recomendaciones de la hoja de datos para garantizar la idoneidad de cada componente para la tarea. Si el valor del inductor calculado no está disponible, elija el siguiente valor estándar más pequeño. Si el valor del condensador calculado no está disponible, elija el siguiente tamaño estándar más grande.

El inductor se selecciona principalmente en función del valor de inductancia, la resistencia de CC (DCR) y el requisito de corriente máxima. También asegúrese de que el inductor esté diseñado para operar a la frecuencia de conmutación deseada. Si no se proporcionan esos datos, elija otro inductor para el que los datos estén disponibles. Los inductores están disponibles en versiones de montaje superficial y de orificio pasante, pero en general los tipos de montaje en superficie ofrecen un mejor rendimiento, particularmente a altas frecuencias de conmutación. En nuestro ejemplo, tenemos una coincidencia cercana con un Thin-Pac TP1-150 de Coiltronics®, un inductor de 15μH con una corriente de saturación de 0.73A.

El condensador de entrada reduce tanto la corriente máxima extraída del suministro de entrada como el ruido irradiado a otros elementos del sistema. La mayoría de las hojas de datos sugieren valores específicos o dan ecuaciones para calcular el valor del condensador de entrada. Asegúrese de que el condensador esté especificado con una clasificación de corriente de rizado cerca de la frecuencia de conmutación seleccionada. Para nuestro ejemplo de 500 kHz, el condensador podría ser un electrolito orgánico, polímero orgánico, cerámica o tántalo.

Los condensadores de tantalio pueden responder violentamente a grandes pasos de voltaje instantáneo y altas sobrecargas de corriente, por lo tanto, no use tántalo para derivación de entrada donde la potencia de entrada se conectará a través de un interruptor mecánico. La entrada de nuestro circuito proviene de un suministro regulado, por lo que no debemos preocuparnos por esa limitación. Por lo tanto, seleccionamos un condensador que cumple con los requisitos de tensión y corriente de ondulación, como un condensador de 100μF serie AVX® TPS en la caja de tamaño C y con una corriente de ondulación de 10V y 742mA. La corriente de rizado del condensador de entrada en un convertidor reductor se puede aproximar como:

I RIPPLE_CIN (RMS) = [I OUT / V IN ] [V OUT (V IN - V OUT )] 1/2

Como punto de partida, elija un condensador que cumpla con el valor mínimo recomendado de 22μF y verifique que cumpla con la clasificación de voltaje requerida. Para nuestro ejemplo, el condensador de 33μF de la serie AVX TPS en la caja de tamaño C tiene una capacidad nominal de 10V. Su ESR máximo es 0.375Ω, que está cerca del objetivo.

El condensador de arranque suave y la resistencia tOFF no tienen requisitos especiales; seleccionarlos de los valores estándar disponibles más cercanos. Para completar la selección de componentes, elija los valores restantes de un circuito de aplicación típico o el esquema del kit de evaluación (EV).

Hoja de cálculo revisitada

Debido a que los condensadores y los inductores vienen en un número finito de valores estándar, el valor disponible más cercano puede diferir del valor calculado en más del 20%. En ese caso, la hoja de cálculo se debe volver a calcular con los valores reales para verificar que el circuito aún cumpla sus objetivos de diseño. Como se muestra en la Tabla 2, no son necesarias más correcciones porque nuestras opciones de RTOFF e inductor tienen un impacto mínimo en el punto de operación del circuito.

Tabla 2. Comprobación de los valores reales de los componentes

Calcule t OFF y la frecuencia usando el valor R TOFF seleccionado.

R TOFF t OFF Frecuencia

68kΩ 688ns 488.8kHz

Calcule LIR y IPEAK usando el valor L seleccionado.

L LIR I PEAK

15μH 30.3% 576mA

Colocación de componentes

Al diseñar la PCB para este ejemplo, primero debe colocar el convertidor CC-CC (por ejemplo, el MAX1742), el inductor y los condensadores de entrada y salida. Luego, mueva esos componentes para que el condensador de entrada esté cerca de los pines de entrada del MAX1742; el inductor está cerca del pin LX del CI; y el condensador de salida está cerca del inductor y los pines de tierra del CI. La optimización de todas estas posiciones de componentes puede requerir compromisos, dependiendo de las ubicaciones de los pines del IC. En los circuitos integrados convertidores CC de CC de Maxim, las ubicaciones de los pines se seleccionan cuidadosamente para el rendimiento del circuito y la facilidad de diseño de PCB.

El nodo más crítico en la mayoría de los casos es el terreno común entre los condensadores de entrada y salida y el pin de tierra del CI. Estos tres motivos deben estar muy cerca, generalmente dentro de 10 mm uno del otro ( Figuras 2a y 2b ). Durante el ciclo de carga (Figura 2a), la corriente fluye desde el condensador de entrada a través del interruptor del lado alto, el inductor, el condensador de salida, a través del plano de tierra, y de vuelta al condensador de entrada. Durante el ciclo de descarga (Figura 2b), la corriente continúa fluyendo a través del inductor, el capacitor de salida, a través del plano de tierra, a través del pin de tierra del CI, a través del interruptor del lado bajo y de regreso al inductor.


Figura 2. Estos diagramas ilustran las trayectorias de corriente durante los ciclos de carga (a) y descarga (b) del convertidor DC-DC descendente.

Debido a que esta corriente circulante puede interferir con otros circuitos, su longitud de trayectoria debe mantenerse corta (las rutas cortas también contribuyen a la operación y eficiencia estables). Una longitud de trayectoria demasiado larga en la parte de tierra (durante cualquiera de los ciclos) puede comprometer la referencia del circuito para otros elementos del circuito. Esa condición también puede conducir a una regulación deficiente, ondulación de salida excesiva e incluso inestabilidad. Colocar el capacitor de entrada a tierra, la tierra del capacitor de salida y la tierra IC adyacentes entre sí minimiza esos efectos no deseados.

Otra consideración importante para las conexiones a tierra de los componentes que llevan corriente es usar múltiples vías paralelas de PCB si el plano de tierra está en otra capa de PCB. Esto es especialmente importante para los condensadores de filtro de entrada y salida. Una sola vía a menudo agrega resistencia e inductancia en serie con el condensador, reduciendo su efectividad.

Power Ground

Después de colocar los componentes de acuerdo con los criterios anteriores, el terreno común se conecta con trazas anchas o con un polígono de cobre sólido. Use la mayor cantidad de cobre posible para crear una ruta de baja impedancia entre los elementos.

Local Ground

El circuito de aplicación típico para muchos circuitos integrados de convertidor CC-CC indica símbolos múltiples para tierra: esta es una excelente pista sobre cómo lograr una distribución de circuitos exitosa. Uno de los símbolos diferentes a menudo indica un plano de tierra local y típicamente se titula SGND o AGND. Los elementos que se conectan al plano de tierra local pueden incluir condensadores de derivación de referencia, divisores de resistencia y resistencias que establecen puntos operativos (como la resistencia RTOFF en el ejemplo), pero no deben incluir motivos de alta corriente como los del interruptor MOSFET.

El plano de tierra local es un polígono de cobre sólido que mejor se vincula al plano de tierra de potencia en un solo punto, por lo general, el pasador denominado PGND. Los planos de tierra locales evitan que las corrientes de conmutación contaminen el plano de tierra local de bajo ruido. Esas corrientes de conmutación a menudo exceden 10A.

Plano terrestre

Debido a que muchos sistemas dependen de un plano de tierra separado para todos los componentes en la PCB, a menudo es tentador utilizar el plano de tierra de la sección del convertidor CC-CC para ese fin. Esa tentación debería ser evitada. Las corrientes de conmutación mencionadas anteriormente pueden causar fallas de tierra en todo el tablero, producir una EMI excesiva, causar estados lógicos no válidos, aumentar el nivel de ruido y causar inestabilidad. La interfaz adecuada entre los circuitos del convertidor DC-DC y el plano de tierra es una vía única (o una agrupación pequeña de múltiples vías), que va desde la tierra de energía de cobre vertida hasta el plano de tierra enterrado.

Enrutamiento de señal

Después de completar el diseño de terreno inicial, realice las conexiones necesarias para los primeros cuatro componentes críticos y luego coloque y enrute los componentes restantes. Un enfoque útil es tomar todas las señales no críticas a la parte posterior de la PCB con pequeñas vías mientras se reserva el lado superior de la placa para el enrutamiento de las trazas críticas de alta corriente.

Al enrutar rastros no eléctricos en tarjetas de circuitos, considere los componentes de CC y CA de la señal. Recuerde que cada rastro es una resistencia y un inductor, y también puede acoplarse capacitivamente a otros rastros. El uso de cada señal en el circuito determina el ancho y la longitud de traza óptimos. Las señales de alta velocidad y alta intensidad requieren trazos cortos y anchos. Las trazas más largas y delgadas son aceptables para señales menos críticas, como la lógica de baja velocidad. Dirija los nodos de conmutación de alta velocidad lejos de áreas analógicas sensibles como la red de compensación y el nodo de retroalimentación. También mantenga las redes de compensación y retroalimentación lo más pequeñas posible para evitar el ruido. Cuando se proporcione, consulte las pautas de diseño y conexión a tierra en el diseño de PCB del kit EV para obtener más ayuda.

Verificación

Una vez que se completa el convertidor y se ensamblan las placas prototipo, se debe verificar el rendimiento del diseño general con los criterios originales. Si el diseño se implementó diligentemente con respecto a los temas discutidos, las posibilidades de éxito inicial son buenas. Pero incluso los diseños concienzudos aún pueden requerir un "ajuste". Cuando haga cambios, verifique con cálculos o modelos para asegurarse de que no se comprometa alguna otra característica importante. Por ejemplo, puede determinar que la ondulación de salida sea aceptable con una capacitancia de filtro de salida más pequeña, pero tal cambio también podría afectar la estabilidad.

Eficiencia

La eficiencia es a menudo un parámetro clave de rendimiento del convertidor DC DC, particularmente para dispositivos que funcionan con una batería, y especialmente para fuentes de alimentación en computadoras portátiles y pequeños equipos de mano. La eficiencia de la fuente de alimentación del ordenador portátil afecta directamente a la duración de la batería, pero también afecta a la disipación de potencia; debe coordinarse con las limitaciones de eliminación de calor. Tenga en cuenta que un convertidor CC de CC que suministre 50W con una eficiencia del 85% aún disipa 8.8W de calor dentro de la carcasa.

En las computadoras portátiles, la eficiencia es importante en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. Los ejemplos incluyen batería baja, batería llena y carga de la batería tanto en el modo de espera como en el estado operativo. En otras aplicaciones, los puntos críticos de eficiencia dependen de cómo se usa el dispositivo. La eficiencia de carga liviana y la corriente de funcionamiento en reposo pueden ser más importantes en dispositivos de mano pequeños como un medidor de glucosa personal, mientras que la eficiencia a plena carga y la generación de calor son más importantes en el hardware de red.

Regulación de carga

La capacidad de un convertidor para mantenerse dentro de la tolerancia de voltaje de salida especificada, independientemente de la carga, se denomina regulación de carga. Se aplica en DC, pero también incluye transitorios rápidos como los que se encuentran con las CPU de alta velocidad. Debe verificar que el voltaje de salida se mantenga dentro de las especificaciones cuando se cargue con corrientes que van desde cero hasta el máximo. Asegúrese de que el voltaje de salida no supere su valor mínimo cuando la carga cambia rápidamente de mínimo a máximo. Asegúrese de que no exceda su valor máximo cuando la corriente de carga cae de máximo a mínimo. Tenga en cuenta que las especificaciones de regulación de carga y línea citadas en la mayoría de las tablas de características eléctricas de la hoja de datos se miden en CC, mientras que el rendimiento transitorio generalmente se muestra en las curvas de funcionamiento típicas. Para obtener más información, consulte las notas de aplicación 752, "Creación de un transitorio de carga rápida", y 3453, "Prueba de una fuente de alimentación para transitorios de carga y de línea".

Regulación de línea

La capacidad de una fuente de alimentación para mantener la regulación del voltaje de salida con un voltaje de entrada variable se denomina regulación de línea. Una vez más, debe examinarse tanto en DC como con un rápido transitorio de CA. Se produce un transitorio cuando una computadora portátil cambia de su fuente de alimentación a su batería interna y viceversa. En algunos sistemas, el cambio de voltaje puede ser tan grande como 10V. Verifique que el voltaje de salida se mantenga dentro de las especificaciones cuando el voltaje de entrada cambie de mínimo a máximo. Asegúrese de que los cambios de paso en el voltaje de entrada no provoquen picos o valles en el voltaje de salida que superen las especificaciones de voltaje de salida.

Sensibilidad a la temperatura

Puede ser conveniente evaluar un sistema en un banco de laboratorio y juzgarlo listo para la aplicación, pero una condición más crítica necesita un examen: el rendimiento en el peor de los casos de temperatura de funcionamiento. El rendimiento de los criterios eléctricos anteriores debe medirse a las temperaturas más altas y más bajas que el sistema encontrará durante la operación. Observe los parámetros que cambian drásticamente y los que se acercan a los límites superiores o inferiores de la temperatura.

La mejor manera de evaluar un sistema sobre la temperatura es usar una cámara ambiental. La cámara permite realizar experimentos controlados por computadora en un amplio rango de temperaturas y con una precisión de 1 ° C o más. En los casos donde una cámara no es posible, aún puede hacerse una idea del rendimiento de sobretemperatura con equipos menos sofisticados. Pistolas de calor comunes e incluso secadores de pelo son útiles para calentar un circuito mientras se está probando. Para enfriar un circuito muy por debajo de la temperatura ambiente, rocíelo con un aerosol frío de gas inerte comprimido (que se ofrece en muchos catálogos técnicos). Cuando enfríe los componentes, evite la condensación. Si se produce condensación, comprenda que la fluctuación de un circuito puede deberse a la humedad en la placa de circuito y no a la sensibilidad del circuito a la temperatura.

Conclusión

El diseño de la fuente de alimentación DC DC no es ciencia espacial ni conocimiento común. La lista de características que deben abordarse en un diseño exitoso puede parecer desalentador, pero un enfoque metódico puede dar como resultado un circuito de trabajo con una iteración mínima. Al aplicar los principios de este artículo, puede eliminar la mayoría de los errores típicos del primer diseño.

Maxim ofrece kits EV para la mayoría de sus convertidores DC DC. La herramienta gratuita de simulación EE-Sim de Maxim también se puede usar para diseños de fuente de alimentación más confiables, y está disponible para un número creciente de dispositivos de suministro de energía.

AVX es una marca registrada de AVX Corporation.

Coiltronics es una marca registrada de Cooper Technologies Company.

EE-Sim es una marca registrada de Maxim Integrated Products, Inc.

Excel es una marca registrada de Microsoft Corporation.

Fuente de : maximintergrated.com

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