Convertidor de impulso inestable con ráfagas cortas de consumo de corriente

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Estoy diseñando un convertidor boost que aumenta una batería de 9V a aproximadamente 10.5V. El objetivo es mantener 10.5 V a pesar de la reducción de V_in debido a la disipación de la batería, por ejemplo. impulsar 6V a 10.5V. Este convertidor elevador funciona muy bien con cargas constantes, como cuando conecto una resistencia de V_out a GND. El problema surge cuando lo conecto a la carga deseada, que es un módem celular. Este módem toma alrededor de 100 mA para un funcionamiento normal, pero cuando se transmite salta a aproximadamente 1.2 A por 500 ms a la vez. Esto provoca una ondulación masiva (en realidad, una caída) en mi voltaje de salida hasta V_in. La entrada mínima al módem es de 8 V antes de que se apague, por lo que estas ondulaciones a menudo hacen que el módem se reinicie.

A continuación se muestra el diseño de mi esquema y placa utilizando LM2731 convertidor IC.

He probado varias inductancias (10uH, 22uH y 33uH) y todas dan el mismo resultado. También he aumentado los condensadores de salida de cerámica con solo un aumento marginal en la estabilidad. Para divertirme, probé un electrolítico 1000uF entre V_out y GND y eso ayudó a mantener el módem encendido, pero aún generó ondas del orden de 1 a 2V, que me gustaría reducir a varios cientos de mV.

¿Alguien tiene alguna idea de cómo reducir las ondulaciones con pequeñas ráfagas de dibujo?

    
pregunta bostoncommon

2 respuestas

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Mira la especificación para el dispositivo. Hay dos tipos; uno cambia a 1.6MHz y el otro a 600kHz. Digamos, solo para facilitarle la vida a la gente que lee esta respuesta que cambia a 1MHz.

¿Con cuánta energía puede cargar el inductor? De nuevo, la especificación tiene la respuesta: el ciclo de trabajo máximo es (en promedio entre los dos dispositivos) aproximadamente el 90%.

En aras de la conveniencia matemática, llamémoslo 1 \ $ \ mu s \ $ (el 90% del período de 1MHz sigue siendo aproximadamente 1 \ $ \ mu s \ $).

\ $ E = L \ frac {di} {dt} \ $ y esto significa \ $ di = dt \ frac {E} {L} \ $

di es la cantidad de corriente que toma el inductor cuando se alcanza el tiempo máximo de activación (1us). Si E = 9V y L = 33 \ $ \ mu \ $ H, entonces

di = \ $ 1 \ mu s \ times \ frac {9} {33e ^ {- 6}} = 273mA \ $.

¿Esta corriente suministrará el módem cuando esté tomando 1.2A? No

¿Qué pasa si el inductor se redujo a (digamos) 4.7uH? La corriente sería de 9 / 4.7, que es aproximadamente de 2A; sin embargo, el FET interno solo tiene una calificación de 1.8A, por lo que parece que necesita encontrar una parte que tenga más músculos.

EDITAR asumiendo un mejor conmutador y 1.7 \ $ \ mu H \ $ inductor (revisado debido a un error)

El requisito de potencia de salida es de aproximadamente 13W y si el conmutador cambia a una velocidad de 1MHz, esto significa una transferencia de energía por \ $ \ mu \ $ s de 13 \ $ \ mu \ $ J. Saber que esta energía proviene del inductor significa que podemos calcular la corriente máxima en el inductor y su ciclo de trabajo.

La energía en el inductor es = \ $ \ frac {LI ^ 2} {2} \ por lo tanto \ $ la corriente pico es \ $ \ sqrt {\ frac {2 \ veces 13e ^ {- 6}} {1.7e ^ { -6}}} \ $ que equivale a casi 4A. Pero, la topología de este tipo de conmutador significa que el inductor solo es necesario para transferir suficiente energía para elevar el nivel de salida por encima del nivel de voltaje de entrada. En otras palabras, los primeros 6V son dados.

La potencia que necesita la carga (por encima del nivel de 6V) es \ $ 1.2A \ veces (10.5-6) V = 5.4W \ $ y esto significa que la corriente de "carga" del inductor es 2.52A.

¿Por cuánto tiempo estará "cargando" el inductor?

V = \ $ L \ frac {di} {dt} \ $ - sabemos que V (6V mínimo), L (1.7uH) y di (2.52A), por lo tanto, dt es \ $ \ frac {1.7e ^ { -6} \ times 2.52} {6} \ $ = 0.714us o un arancel del 71.4% y esto parece razonable.

    
respondido por el Andy aka
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Simplemente estás pidiendo demasiado de ese chip en particular. Su corriente de conmutación está limitada internamente a algo del orden de 1.8A (o menos, según el ciclo de trabajo, la temperatura, etc.). Como regla general, la corriente del conmutador puede alcanzar un máximo de 2 veces la corriente de carga promedio; si está consumiendo 1.2A, entonces el conmutador debe ser capaz de manejar al menos 2.5A.

    
respondido por el Dave Tweed

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