AK Laboratory

Электроника и радиотехника => Источники питания => Тема начата: zenon от 18 Сен., 2020, 00:20

Название: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 00:20
С корпусами у меня всегда проблема, тут подвернулся неплохой от принтера, под него и стал делать.
Сделал обратноход на 24 и два степ-даун на TPS5430.
Нагрузка на 24 около 2-х ампер максимум, на 12 = 1A, на 5 совсем не много для основного предназначения, но иногда хотелось бы и телефон зарядить.
Проект в кикад, расчет тр-ра, 3d модель, фото лежат тут (https://drive.google.com/drive/folders/1R7q2p95GWf6ICaqV5Kszi7K5IEt7OCqS?usp=sharing).
В общем-то всё работает. Но немного погодя буду переделывать, 5 вольт при зарядке телефона отрубается иногда, мне кажется перегрев, тем более телефон у меня хочет честных 2A.
Сначала забыл про C27, С28 запихнул нагло на плату один пока.
R13 уменьшил до 0.33, ключ 2SK3565 (синим подписан).
Собственно вопрос что изменить, может будут какие советы по разводке?
И ещё под вопросом стоит переделка на 42 вольта, тк два двигателя, которые запитаны от БП на 42, один на 24, но тогда вопрос как быть с понижайками.
Можно наверное ОС пустить по 24, и сделать обмотку на 42, но на ней же болтанка возможна?
Поэтому могу просто использавать отдельный БП на 42....
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: Slabovik от 18 Сен., 2020, 11:32
Возможностей TPS-ки должно с лихвой хватать на 2 ампера на выходе. К сожалению, пока не посмотрел то, что на гугледрайве лежит (на работе на него табу наложено - вечером дома посмотрю). Но задам несколько вопросов.

Согласно даташита (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps5430.pdf) (да и просто здравого смысла, но изобретать формулы по-новой меня всегда расстраивало), страница 16, у меня получается индуктивность в 5-вольтовом канале не менее 15 мкГн. Вполне нормально 22 мкГн (риппл будет пропорционально поменьше) и соответственно ток насыщения должен быть не менее ~2.5 ампера. Что там реально стоит?

А как она греется? Палец держит? Отключается при малой нагрузке (без нагрузки) или под полной нагрузкой?
Цитата: zenon от 18 Сен., 2020, 00:20под вопросом стоит переделка на 42 вольта, тк два двигателя, которые запитаны от БП на 42, один на 24, но тогда вопрос как быть с понижайками.
Ну, тут просто: обмотка с отводом. ООС можно взять с любой ветки или даже с обоих сразу. Вот простенький пример

Два-напряжения-на-FB.png

При таком построении внезапная пригрузка одного канала не будет приводить к выскакиванию второго канала за пределы ожидаемого т.к. по сути следит уже за усреднённым значением - пригруженный канал при этом вполне закономерно чуть "присядет". Для питания двигателей это вполне допустимо - там возможен ощутимый разброс и болтанка т.к. драйверы "кормят" двигатели определённым током (шаговики ведь?) вне зависимости (почти) от питающего напряжения.

Да, а ты обратил внимание, что в даташите указаны требования к конденсаторам на выходе - они должны быть электролитическими, шунтировать их керамикой не нужно. В принципе, вообще в силовом применении шунтирование электролитов керамикой бессмысленно т.к. керамика ввиду своей малой ёмкости никак не может "проглотить" энергии, которые там гуляют. Так что можно несколько сэкономить, убрав ненужное, а именно C6, C10, C12, C17, C25, C26. C6 конечно спорный - если его поставить прямо к ногам микросхемы - может он и полезен будет, наравне с C19 и C22.
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 13:38
Индуктивности стоят smd 0630 7*7*3mm. На 5-ти и 12 обе = 15 мкГн (L3,L4). На фильтре (L1) 330 мкГн такая-же 0630.
Не знаю сечения L1, тут под вопросом её ток.
Плата у меня односторонняя, а для TPS-ки нужен второй слой в виде теплоотвода от брюха соика, поэтому я думаю в начале зарядки телефона, когда токи большие срабатывает защита, температуру надо посмотреть, без корпуса, на токах до 1A - всё отлично.
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 13:54
А, ну да температуру измерял только подключив HLDI, потом собрал в корпус, вывел USB разъём, и только после этого заметил периодические выключения.
Про напряжения: бп питает два драйвера - один (на IR2184) для двух коллекторных на 42 вольт (RS445PD) и шаговый на 1.5A.
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: Slabovik от 18 Сен., 2020, 14:15
У микросхемки довольно большое температурное сопротивление. Односторонняя плата - не приговор, но "пятак", на котором она сидит пузом, надо делать поболее, чтобы он вылезал из-под её тельца. Там, кстати, теплоотвод ещё сильно от толщины меди зависит. Раньше медь на стеклотекстолите сплошь была 50 микрон, а сейчас 50 микрон поискать ещё надо, сплошь 30 (0,03 мм) - а это же тонюсенько! (при отдаче в производство приходится специально указывать, что мне 50 микрон надо, и... тут же взлетает ценник :) )

Дроссель 7x7 (6103) 15 мкГн скорее всего на ток не более 1,5 ампера (а ведь надо ещё риппл учитывать - его половина сверху плюсом к среднему). Так что этоо вполне может быть причиной (насыщение -> защита). Не могу конечно 100% утверждать, но я глянул, что Epcos предлагает (https://www.tdk-electronics.tdk.com/en/529796/products/product-catalog/inductors--coils-/smt-power-inductors--epcos-) в таком размере. Для 2-х ампер надо 10x10 брать с такой индуктивностью.
Да, вот в чип-дипе можно быстренько глянуть (https://www.chipdip.ru/catalog/smd-inductances?x.482=hmN&x.482=dcP&x.482=mbR) на размеры/токи. Тут зависимость простая: для одного и того же сердечника допустимый ток больше при меньшей индуктивности (индуктивность пропорциональна квадрату витков, а индукция - прямо пропорциональна).
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 16:35
Да, с индуктивностями я относительно промахнулся, почему относительно - потому что с основной задачей БП справляется.
Вот например (https://www.tdk-electronics.tdk.com/inf/30/db/ind_2008/b82472g6.pdf) TDK индуктивности, они чуть больше, но примерно получается 330 мкГн в моём случае это L1 на ток ~300 мА.
Мне конечно в этой конструкции основной упор надо сделать на минимум помех, потому как любой чих по питанию может вызвать сбой.
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: Slabovik от 18 Сен., 2020, 17:16
Глянул про индуктивности - в общем-то то же самое. Индуктивность 15 мкГн - полтора ампера предел.
Ну, честно говоря, если уж бороться с помехами, то надо бы концепт пересмотреть. Наверняка ведь драйверы, управляющий комп (или что там на его месте случаем не на Малинке собрано?) разнесены в пространстве. А земляной проводник общий для всех и длинный. По-хорошему, надо бы изолировать источники друг от друга. Надо, чтобы источники, питающие управляющую логику и источники, питающие двигатели, имели свои отдельные общие провода, а при таком построении схемы это сделать не получается. Понимаю, что это радикальное предложение, но оно того стоит. Без этого, даже если всё свести кучненько, всё-равно вопрос помехозащищённости будет.

зы: в УНЧ ровно те же проблемы :)

Есть ещё вариант вторичные источники расположить непосредственно на платах, где они нужны. Но это если платы самодельные и переделывать не лень. В общем, по месту надо смотреть...

А промах с индуктивностями не критичный. Та, что 330 мкГн, при большом токе в насыщение падает и превращается в проводник. В общем-то, в этом месте такое её поведение совершенно не критично, в отличие от индуктивностей у TPS - там надо попасть в параметры, собственно, как и у 3844 (эта микросхема намеренно выбрана?)
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 19:51
Изначально плата управления была вместе с понижающими преобразователями и драйвером, я наоборот решил попробовать вынести всё в отдельный БП, и пока, по ощущениям лучше.
На плате сейчас планируется контроллер, драйвер коллекторных двигателей, ams1117-3.3 и всё.
Управление лазером (ir4427) было тоже на общей плате, но решил большой ток по шлейфу убрать и перекинул его на каретку.
Драйвер шагового двигателя покупной (dm542).
Шимку поставил 3844, тк 3843 на тот момент закончились... :)
ы. А у L1, как фильтрующая как посчитать?
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: Slabovik от 18 Сен., 2020, 21:08
3844 вполне можно ставить, надо только учитывать её особенности тактирования.
Чисто академически считать у фильтра много чего. Во-первых, это фильтр 2-го порядка. Во-вторых, волновое сопротивление фильтра надо бы сделать равным сопротивлению нагрузки, а это в источнике питания вообще нереально (нагрузка - величина переменная). Поэтому ограничиваются тем, что принимают фильтр Г-образным, чтобы его частота среза была << частоты работы преобразователя (частоты пульсаций). За счёт большой ёмкости конденсатора это легко достигается.

А чтобы так посмотреть, как всё зависит, интереснее промикрокапать (http://www.spectrum-soft.com/demo.shtm), тем более, что
скрытый текст
Micro-Cap 10, 11, and 12 are now free and require no key.
[свернуть]

При таком расположении есть мысль, что все блочки надо располагать компактно, обеспечив минимальное сопротивление общему проводу.

Добрался и рассмотрел плату. На уровне совета: C15 левым концом можно смело переподключить на "+" электролита. С точки зрения ВЧ это ровно то же самое, зато не нужно станет тянуть неудобную дорожку под синфазным дросселем, что на входе, и его можно будет повернуть на 90° влево, тем самым увеличив зазоры между высоковольтными дорожками.

Там на плате ещё есть маленько висючек. Надо бы избегать таких. Вот на правой картинке я банально увеличил в 2 раза зазор и минимальную толщину (сделал зазор 1 мм и минимальную толщину 0,5 мм, а ещё скруглил углы)

Висючки.png Висючки-больше-зазор.png

Понятно, что ещё не идеал, но есть куда приложиться :) (совсем я кикад (https://kicad-pcb.org/) забыл. Принцип-то тот же, а вот ручечки в других местах)

Ещё чисто идеологически неуютно от +12 между +24 на разъёме. А так разводка вполне годная, хвалю, грубых косяков нет, только вот такие косметические мелочи. Также вижу, что есть "полянки" под пузиком у TPS.
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 21:21
Спасибо! Растём потихоньку.
До микрокапа к сожалению я так и не добрался почему-то, мультисим только немного эксплуатировал...
Вот эти "висючки" заливка делает, тут вручную подбирать их надо, это не проблема...
Плату чуть в право сдвину, фильтр входной впритык, и, если +42 делать отвод, то думаю на одном быстром диоде с каким-нибудь флажковым теплоотводом (кусочек медной полоски например) должен справиться, а +24 шоттки останется.
-
Про +24 и +12 на разъёме, - так было удобней в разводке, решил пренебречь идеологией :)
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: zenon от 18 Сен., 2020, 21:43
Цитата: Slabovik от 18 Сен., 2020, 21:083844 вполне можно ставить, надо только учитывать её особенности тактирования.
Да, да я помню:
Цитата: undefined44 45 это шим для трусов, настоящие мужчины пользуются 43 42
:o
Название: Re: Блок питания на три напряжения
Отправлено: Slabovik от 18 Сен., 2020, 21:46
На плате места станет заметно больше, если использовать радиатор-пластину, расположенную по краю вдоль длинной стороны. А то эти ребристые довольно толстые. С другой стороны, они есть, а пластину наверняка надо делать, и это тоже фактор...

Мультисим тоже годится, и LTspice (https://www.analog.com/ru/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html) очень даже ничего - тут кто к чему привык.
Цитата: zenon от 18 Сен., 2020, 21:4344 45 это шим для трусов
;D

А на деле просто из-за возможности сделать более широким DutyCycle (когда транзистор открыт) у 3842 можно добиться более широкого диапазона питающего (сетевого) напряжения, при котором схема будет нормально работать. В остальном всё одинаково.