SURSA IIISursă de alimentare stabilizată în comuta ieț

1. Accesul la WEBENCH® Power ArchitectPentru proiectarea unei surse stabilizate în comuta ie se va utilizaț

aplica ia ț online WEBENCH® Power Architect creată de compania Texas Instruments.

După realizarea contului pe site-ul www.ti.com, se introduc datele de început în fereastra WEBENCH Designer, i se apasă butonul START:ș

Sau pe butonul SHOW RECOMMENDED POWER MANAGEMENT Ics:

Datele necesare realizării sursei de alimentare stabilizată în comuta ie sunt:ț

VinMAX 25,5 [V] VinMin 18,33[V] Vout 9,2 [V] Iout 2 [A]

2. Fereastra Visualizer

După introducerea datelor necesare, se va încărca o fereastră din care se alege circuitul integrat cel mai eficient din punct de vedere al dimensiunii integratului si consumului de energie:

Pe baza cerin elor sursei, în fereastra următoare sunt afi ateț ș următoarele:

Solu iile găsite de aplica ie. În acest tabel sunt afi ate detaliiț ț ș despre circuitul integrat utilizat, amprenta totală (spa iulț ocupat) a componentelor electronice din schema sursei, costul total al sursei (BOM Bill Of Materials), randamentul sursei, numărul de componente, frecven a de func ionare .a. Dacă seț ț ș dă clic pe numele circuitului integrat se poate accesa pagina de internet a acestuia, unde se găse te i foaia de catalog.ș ș

Graficul Randament vs. Amprentă vs. Cost în care sunt reprezentate pe axa y dimensiunea amprentei, pe axa x randamentul sursei, iar dimensiunea cercului reprezentând costul. Pentru a ob ine o sursă eficientă i cât mai mică fizicț ș

este bine să se aleagă dintre cele aflate în zona verde din col ul din dreapta-jos al graficului.ț Selectarea uneia din surse se poate face direct din grafic, dând click pe cercul acesteia.

Uneltele pentru filtrarea solu iilor.ț

WEBENCH Optimizer permite adaptarea solu iilor înț func ie de cea mai importantă caracteristică a acesteia,ț alegându-se fie o amprentă mică a sursei, fie cel mai mic cost, fie un randament ridicat.

Change Inputs permite modificarea cerin elor surseiț . Feature Filters filtrarea solu iilor propuse de aplica ie în func ie de diver iț ț ț ș parametri ai circuitelor integrate utilizate.

Filter Results permite filtrarea solu iilor propuse prin selectareaț unui domeniu intă al unor caracteristici cheie ai surselor (randament,ț amprentă, cost, număr de componente, frecven ă .a.).ț ș

Se alege una din solu iile propuse , dându-se click pe butonulț

corespunzător.

Pentru realizarea sursei din acest proiect a fost ales circuitul integrat TPS54334.

3. Fereastra Summary

În fereastra următoare sunt afi ate următoarele:ș

Optimization Tuning permite adaptarea solu iei în func ie una din cele treiț ț caracteristici considerată cea mai importantă.

Charts permite realizarea de grafice în func ie de curentul de ie ire i valorileț ș ș minimă, medie i maximă a tensiunii de intrare. ș

Schematic permite vizualizarea schemei sursei, cu valorile tuturor componentelor. Acestea pot fi schimbate dând click pe

componenta dorită, apoi pe butonul Edit i se alege o alta dinș lista afi ată.ș

Operating Values afi ează o listă cu parametrii de func ionareș ț ai sursei, pentru punctul de operare selectat (tensiune de intrare i curent de ie ire).ș ș

Bill of Materials afi ează lista completă a componentelorș electronice folosite în schemă, împreună cu detaliile importante ale acestora.

Ferestrele prezentate pot fi accesate i cu ajutorul butoanelor dinș partea de sus.

Aplica ia permite i efectuarea de simulări electrice i termice,ț ș ș precum i tipărirea sau exportarea schemei sursei în diferite formate CAD.ș

4. Modul de lucru1) Se introduc datele de pornire calculate în tema proiectului.

Datele necesare realizării sursei de alimentare stabilizata în comuta ie sunt:ț

VinMAX 21,5 [V] VinMin 15,67[V] Vout 7,6 [V] Iout 1,58 [A]

2) Se alege una din solu iile propuse de aplica ie prin selectarea ei dinț ț zona verde.

După introducerea datelor de pornire i selecarea cercului deș eficien ă maximă i dimensiune minimă, am ales sursa ce con ineț ș ț circuitul integrat TPS54334.

3) Se vor include în proiect schema sursei, graficele pentru eficien aț sursei, puterea de ie ire i puterea disipată maximă, tabelul cu valorileș ș parametrilor de func ionare ai sursei, tabelul cu lista de componenteț electronice folosite în sursă, împreună cu detaliile importante ale acestora.

Schema SurseiSchema sursei cu integrat TPS54334 este prezentată în

următoarea figură:

Grafice de interes

În figura următoare sunt prezentate următoarele grafice:

- Graficul pentru eficien a sursei ț- Graficul pentru durata de lucru - Graficul raspunsului buclei

Tabelul cu valorile parametrilor de func ionare ai surseiț

Se poate vedea că parametrii de func ionare pot fi exporta i în formatț ț Excel.

Tabelul con ine Numele componentei, Valoarile de lucru aleț parametrilor ( i unită ile de masură aferente), Categoria i Descriereaș ț ș fiecareia dintre acestea.

Tabelul cu lista de componente electronice folosite în sursă

Mediul de lucru oferit de site-ul www.TI.com oferă i o listă cuș pre ul componentelor, a a cum se observă în imaginea următoare:ț ș

Sursa con ine următoarele componenteț

1 circuit integrat TPS54334 6 condensatoare 4 rezistori 1 bobină

In dreptul fiecărei componente sunt date i alte detalii cum ar fi codulș componentei, pre ul, valorile de lucru ale curentului, tensiunii, capacită ii,ț ț rezisten ei sau inductan ei ( dupa caz ), toleran a, cât i dimensiunea peț ț ț ș care o ocupă pe placă.

Valoarea totală a componentelor sursei atinge un pre deț 1,76$ (aproximativ 10 Lei).

4) Din foaia de catalog a circuitului integrat utilizat se vor extrage ( iș traduce) descrierea acestuia, schema bloc internă, mod de func ionare,ț tipuri de protec ii, ț formule de calcul pentru componentele electronice utilizate în schemă.

Circuitul Integrat TPS54334 este un comutator coborâtor de tensiune DC-DC,ce lucrează la frecven a de 1MHz, având integratăț tehnologia Eco-Mode.

Caracteristici: Plaja tensiunii de intrare largă: 4,2V-28V Plaja tensiunii de ie ire: 0.8V ± 1,5%ș Suportă constant, pe ambele canale, un curent de 3A 8 pini Eficien ă sporită a tranzistorului FET integrat, optimizat pentruț

aplica ii cu durată de lucru scazută, de 84 mΩț Frecven ă stabilită de1MHz , ce poate fi modificatăț Se poate sincroniza i cu oscilator externș Prag UVLO (undervoltage lockout) programabil Eco-Mode – tehnologie creeată de Texas Instruments în

vederea sporirii eficien ei la sarcină scăzutăț Eco-Mode – tehnologie creeată de Texas Instruments în

vederea sporirii eficien ei la sarcină u oară (Light Load)ț ș

Aplica ii:ț Aplicatii de consum, precum

o Boxeo Display LCDo Perifericeo Încărcătoare de baterii

Folosit în sursele de alimentare audio pentru vehicule Folosit în sistemele de alimentare distribuită de 5V, 12V i 24Vș

Descriere:Circuitul TPS54334 este un circuit integrat ce are rol de coborâtor de

tensiune nesincron, ce lucrează la tensiune optimă de 28V i la un curentș de 4,2A. Acest circuit are inclus un transiztor MOSFET, folosit de regulă la sarcini scăzute. Pentru mărirea eficien ei la sarcini scăzute, este adăugatț modul Eco-Mode, ce se activează automat atunci când astfel de sarcini sunt conectate la ie irea circuitului. În plus, valoarea curentului de 1uA pentruș sursa de alimentare atunci când circuitul este oprit, face posibilă utilizarea acestuia în aplica iile ce se alimentează de la baterii. Circuitul integratț TPS54334 este capabil să folosească două un divizor rezistiv pentru controlul buclei de histerezis în vederea protec iei tranzitorii la intrareț pentru blocarea la subtensiune. O schemă de limitare a curentului ciclu de ciclu, reducerea frecven ei i oprirea termică protejează compoenenteleț ș interne i externe în condi ii de suprasarcini. TPS54334 este disponibilș ț intr-o configuratie cu 8 pini.

PINOUT circuit integrat TPS54334:

Schema bloc internă a Circuitului Integrat

Moduri de functionare:

1. Operarea PWM la frecven ă fixăț

Integratul realizează opera ii de modula ie a pulsurilor în lă ime.ț ț ț (Pulse Width Modulation), folosind frecven ă stabilită de 1MHz. ț

2. Tensiunea de referin ăț

Sistemul ce calculează tensiunea de referin ă produce cu o acurate eț ț de ±2% tensiunea de referin ă (sau cu 3.5% în situa ii de temperaturăț ț ridicată), stabilind la ie ire o tensiune stabilă, fără a lua în seamp varia iileș ț de temperatură.

3. Controlul Auto-Skip Eco-Mode

TPS54334 este conceput astfel încât să nu consume mult atunci când sarcina este scăzută, mărindu-i astfel eficien a. La sarcină ridicată, acestț mod comută automat pe unul cerut, trecând automat în modul de economisire, după ce integratul a lucrat la sarcini mari.

Tipuri de protectii:

1. Protec ia ie irii la supracuren i (OCP – Output Overcurrent Prot.)ț ș ț

Dispozitivul se deconectează atunci când, ciclu după ciclu, curentul detectat este mai mare decât pragul permis.

2. Protec ia ie irii la supratensiuni (OVP – Output Overvoltageț ș Prot.)

Dispozitivul are incorporat un circuit pentru protec ia laț supratensiuni a ie irii pentru a minimiza arderea sarcinii datorităș supratensiunilor. Spre exemplu, când ie irea sursei de alimentare esteș supraincarcată, amplificatorul de eroare compară actuala tensiune de ie ire cu tensiunea de referin ă internă. Dacă pe pinul VSENSE, tensiunea eș ț mai mică decat tensiunea de referin ă internă pentru o perioadă mai mareț de timp, ie irea amplificatorului de eroare impune curent maxim de ie ire.ș ș

Când conditia este inlaturată, ie irea regulatorului cre te, iar ie ireaș ș ș amplificatorului de eroare trece pe starea de tensiune echilibrată.

3. Oprire termică

Oprirea termică for ează dispozitivul să se oprească dacăț temperatura jonc iunii depaseste limita permisă (de obicei, 155 C). Dacăț ⁰ temperatura scade sub 145 C, timerul termic intern incepe să numere.⁰ Dispozitivul reini iază func ia de sursă de electroalimentare după ce aț ț trecut un anumit timp (32768 de cicluri de rulare).

4. Operarea cu Vi < 3,5V (cu tensiune minima la intrare)

Dispozitivul este proiectat să lucreze cu tensiuni peste 3,5V. Pragul tipic VIN UVLO este calculat automat, iar dacă VIN scade sub acesta, dispozitivul se opreste din functionare. Daca tensiunea din pinul EN este peste pragul EN, dispozitivul devine activ cand tensiunea pe VIN scade sub pragul UVLO.

5. Protec ia ț UVLO

Acest tip de protec ie ajută la deconectarea i imediata oprire aț ș circuitului. (UVLO – Under-voltage lock out protection).

Formule de calcul pentru componentele utilizate

Frecven a circuitului este setată la 1 MHz.ț

Formula pentru calcularea tensiunii de ie ire:ș

Formula pentru dimensionarea lui R6:

R5 se va alege aproximativ 10kΩR4 = 10.2 kΩR = 4.75 kΩCondensatorul de decuplare C1 = 10uF, 25VTensiunea riplului de la intrare:

Curentul de riplu maxim:

Calcularea valorii minime a inductan ei bobinei de la ie ire:ț ș