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Autor Tópico: Dúvidas sobre switching regulators.  (Lida 2434 vezes)

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Offline tarquinio

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Dúvidas sobre switching regulators.
« em: 25 de Fevereiro de 2014, 01:51 »
Boas. Tenho aqui uns projectos em vista e gostava de alimentá-los com switching regulators e tenho algumas duvidas que gostaria de esclarecer. A idéia seria alimentar um micro a 16Mhz mais alguns periférios que tudo junto deve puxar uns 500mA/5V no máximo. Gostava de poder alimentar o circuito com várias tensões diferentes, para me permitir usar no minimo 1 pilha AAA recarregável (1.2V), mas tambem tensões mais altas, como um fonte de alimentação de 12V no máximo.
 
1) Sei que há reguladores apenas para aumentar a tensão, outros apenas para diminuir, e outros que fazem ambas as coisas. Para o que eu quero, os últimos parecem ser os mais adequados. Há algumas desvantagens em usar estes, ou é apenas uma questão de preços / complexidade do circuito?

2) Em relação às frequencias, vejo muitas opções diferentes mas não sei porque valores me devo guiar... Há algum valor base que deva usar como frequencia minima? As coisas que eu terei ligadas são o micro, leds de iluminação, servos, reles, e modulos nRF24L01). Imagino que o micro e o nRF24L01 sejam as coisas mais problemáticas em relação a estas frequencias.

3) Há algum problema em ter outra fonte de 5V ligada ao output do switching regulator? Por exemplo, se tiver o regulador a funcionar e quiser ligar um adaptador USB/Serial ao micro, há algum problema em ter os 5V do PC ligados directamente aos 5V da saida do cirguito do meu regulador?

4) Já agora, se alguem me souber recomendar um regulador fixe para estas specs que eu referi tb era fixolas. :)

Offline senso

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #1 em: 25 de Fevereiro de 2014, 03:18 »
500mA * 5v = 2.5w
x * 1.2v = 2.5w => x = 2.08A
Não estou a ver uma pilha AA a durar muito tempo com uma carga de 2.08A, que na realidade é bem mais que isso porque um regulador comutado como o nome implica não é uma carga linear nem estavel, visto que está a fornecer energia a uma bobine, que vai criar uma corrente pulsada, estás a olhar ai para picos de 3A ou mais.

Sim, existem reguladores capazes de elevar e reduzir a tensão, mas tens de ver a corrente que precisas, 1.2v não é realmente muito comum, no site da TI só têm um ic SEPIC(já lá vamos) capaz de funcionar com uma tensão tão baixa, e é um bicho caro e complexo.

Tipicamente reguladores para o que queres são chamados de SEPIC:
http://en.wikipedia.org/wiki/Single-ended_primary-inductor_converter

Como buck já usei os lm2676 da TI com bons resultados, e como boost estou a testar os LM2700, com resultados não tão bons, em parte devido a falta de condensadores na entrada e porque me esqueci de meter vias na pcb, reguladores buck são tipicamente mais limpinhos na saida porque o inductor e condensador na saida do regulador actuam como um filtro LC passa baixo, se lhe meteres mais um par LC a saida tem ruido muito reduzido, na casa dos 20-30mA pico a pico sem grande atenção ao layout do mesmo, mas o mesmo efeito não está presente na topologia dos reguladores boost, nesse caso a bobine está em série com a alimentação e o regulador funciona levando um dos pinos da bobine á massa, é preciso muito mais atenção ao layout para minimar os loops de massa, e ter condensadores com baixa resistência em série, e usar tambem uns quantos ceramicos, continuar a ser boa ideia adicionar um filtro LC, e provavelmente uma ferrite para ajudar a limpar o ruido na casa dos Mhz.

Tipicamente micro-controladores e circuitos digitais não se queixam muito com algum ruido na alimentação, apesar de no caso do boost eu ter depois dele um regulador linear, que apesar de limpar mais qualquer coisa não tem capacidade de "limpar" o ruido que fica na casa dos Mhz's, dai o uso da ferrite.

A nivel da frequência, tipicamente quanto mais elevada mais pequena é a bobine, logo menos perdas devido á resistência da bobine, mas tens harmónicos na casa das dezenas de Mhz e cada traço passa a ser uma antena que está a emitir ruido por todo o lado.
O mais comum é frequências de comutação na casa dos 400-600Khz, o LM2700 tanto pode funcionar a 600Khz como a 1.2Mhz por exemplo, e tens alguma escolha na casa dos 1-1.4Mhz, mas não sei se é muito boa ideia ir logo brincar com chips a comutar a essa frequência.

Eu não tentaria fazer um circuito universal, é preferivel usar um regulador buck para quando queres baixar tensão e um boost para elevar tensão, sim existem ic's que fazem as duas coisas, mas é sempre um compromisso.

Não é boa ideia ligar alimentações desconhecidas á bruta, os 5v do usb  nunca são 5v, assim como a saida do regulador tem sempre alguma variação, logo o mais simples de se fazer é usar dois diodos e fazer um OR, simplesmente cada tensão de alimentação passa pelos diodos antes de se juntar numa alimentação comum, o contra disso é que tens 0.7v de queda de tensão nos diodos, podes sempre usar schottky's que têm uma menor queda de tensão, ou se for só para comunicação serial podes sempre só ligar a massa para teres a massa comum e não ligar os 5v do USB.
Avr fanboy

Offline tarquinio

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #2 em: 25 de Fevereiro de 2014, 04:21 »
Boa obrigado já me esclareceste muita coisa.
Em relação aos cálculos com a pilha de 1.2V, os 500mA não são constantes, foi uma estimativa aproximada por alto do que eu imagino que a coisa vá gastar, e apenas uma pequena percentagem do tempo. A maior parte do tempo é apenas o micro + nRF24L01 à espera de ordens... Era para ter dito isto no post inicial mas esqueci-me...

Offline tarquinio

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #3 em: 25 de Fevereiro de 2014, 17:17 »
Olha tenho só aqui mais duas perguntas...

Em relação à questão de ter os 5V do switching regulator e do PC ligados ao mesmo sitio, há problema se só tiver alimentação num deles de cada vez (sem usar os diodos por exemplo)? Tipo ter aquilo a funcionar com uma pilha, desligar a pilha e ligar o circuito ao PC, e aí a energia passar a vir do pc. E a mesma coisa em relação à opção que referiste de ter os circuitos step-up e step-down em separado... Posso ter as saidas ligadas juntas, assumindo que só uso uma de cada vez?

E já agora, podias mandar-me o link do unico ic que referiste que funcionava com os 1.2V? Eu tive no site da TI depois de ver o teu post mas n vi nada abaixo de 1.7V.

Offline senso

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #4 em: 25 de Fevereiro de 2014, 22:45 »
Não sei se os reguladores vão gostar muito de serem alimentados ao contrário, pode correr bem ou não, só experimentando porque não é algo muito comum de ser falado nas datasheets.
Estranhamente na tabela da TI diz que vai até 1.2v, mas na datasheet diz que é 1.5v e precisa de mais rails de alimentação, página 2 da datasheet e até cais para o lado com a quantidade de bobines e condensadores que isto leva:
TPS55065-Q1

Eu por mim prefiro algo que funcione bem para um dado objectivo, tentar fazer um tudo em acaba sempre por ser pior.
Até podes desenhar as pcb's com os dois(boost e buck) e depois só montas o que te interessa.
Avr fanboy

Offline Njay

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #5 em: 26 de Fevereiro de 2014, 00:23 »
Os reguladores do tipo buck-boost (vê na wikipedia) são os mais simples que conheço para a aplicação, mas têm uma característica que pode ser desvantagem em algumas aplicações, que é inverterem a tensão.

Offline tarquinio

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #6 em: 26 de Fevereiro de 2014, 01:15 »
Até podes desenhar as pcb's com os dois(boost e buck) e depois só montas o que te interessa.
Pois isto era uma das coisas que estava a considerar inicialmente... Abri este topic precisamente para explorar as opções disponíveis e ver o que seria melhor. Há uma situação em que gostava mesmo de ter os dois. Se é mesmo má ideia ter os dois circuitos montados, o que farei provávelmente é ligar as saídas a um comutador para puxar a corrente apenas de um deles de cada vez e não haver misturas.
Sim o esquema é um bocado mais complexo do que os que fazem apenas buck ou boost...

Já agora, eu tambem tinha a idéia que a corrente máxima que o chip fornecia diminuia com as diferencas entre o Vin e Vout, mas nas datasheets só vejo valores para quando a tensão de entrada é mais pequena. ex:
500-mA Load-Current Capability
200-mA Load-Current Capability Down to 2-V Input (Vdriver)
120-mA Load-Current Capability Down to 1.5-V Input (Vdriver)

Não há valores para Vin maiores... Isto quer dizer que esta limitação só acontece quando se faz boost?

A questão na polaridade invertida a principio não me chateia, a bateria/fonte liga apenas ao buck posso simplesmente inverter as saidas, imagino que a coisa funcione bem.

Offline Njay

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Re: Dúvidas sobre switching regulators.
« Responder #7 em: 26 de Fevereiro de 2014, 01:45 »
O problema da tensão invertida é se precisares de fazer interface com outros circuitos alimentados pela mesma fonte. Aí não podes ligar os "GND".

Em geral tens menos capacidade de corrente (buck ou boost) à medida que a tensão de entrada baixa, num mesmo regulador, portanto faz sentido darem-te os valores para as tensões de entrada menores.