magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 58 reszTéved az a tervező, aki szerint „jó elvi kapcsolás + jó alkatrészek = jó áramkör”. Sokszor egy terv sikere vagy kudarca múlhat például egy áramkör NyÁK-elrendezésén. Sok idő takarítható meg, ha az elrendezés tervezésénél eleve figyelembe veszünk néhány alapvető szabályt – mint arra Robert cikke ezúttal is rámutat.

 

 

 

 

Még egy jól tervezett tápegységet is tönkre lehet tenni felületesen tervezett elrendezéssel. Egy tápegységben egyazon NyÁK-lapon foglalnak helyet a nagy teljesítményű kapcsolók és az érzékeny analóg áramkörök, és a két alrendszer nemkívánatos kölcsönhatása kaotikus működést eredményezhet. Még az is előfordulhat, hogy a tápegység oszcillálni kezd, miközben a szabályozóhurok megpróbálja korrigálni a szándékunk ellenére bejutó zaj hatását. Néhány percnyi tervezési munkával és NyÁK-tervünk felülvizsgálatával többnapnyi laboratóriumi hibakeresési időt takaríthatunk meg, ha módszeresen tekintjük át a lehetséges zajproblémákat.
Az 1. ábra egy olyan elrendezési rajzot mutat, amelynek tervezője nem végzett jó munkát a kapcsolók és a zajérzékeny áramkörök szétválasztásakor. Ebben az esetben például – figyelmetlensége következtében – kapacitív csatolás keletkezett a feszültségcsökkentő szabályozó kapcsolási pontja és a hibajel-erősítő bemenete között. Ez gyakran megtörténik, mivel a hibaerősítő bemenetére számos alkatrész csatlakozik. A felhasznált vezérlő IC-nél ez még valószínűbben válik potenciális problémává, mivel a kapcsolási pont és a hibaerősítő bemenete között csak két csatlakozópontnyi a távolság. A probléma mégis aránylag könnyen kiküszöbölhető. Egyszerűen szét kell választani egymástól a kényes csatlakozási pontokat, mégpedig úgy, hogy egy földpotenciálú vezetősáv húzódjon a kétféle csatlakozópont közé árnyékolásként. Úgy tűnik, az IC tervezője is felismerte ezt a potenciális problémát, mivel a kapcsolási pont és a hibaerősítő-bemenet közti csatlakozási pontok egyikét egyébként is földpotenciálra kell kapcsolni.

1abra

 

1.ábra Figyeljük meg a zajforrások (a kapcsolási pont) és a nagyimpedanciás pontok (erősítőbemenet) kölcsönös elhelyezkedését


A 2. ábra olyan esetet mutat, amelynél a tervező nem törődött a táp-feszültség-hidegítő kondenzátorokon és a csillapító-ellenállásokon folyó árammal, ezért a nagyfrekvenciás zaj megjelenik a tápegység kimenetén. Ez egy szinkron feszültség-csökkentő szabályozó, amelyben a C1 és R2 elemekből álló csillapító áramkör feladata a zaj csökkentése. A szinkron feszültségcsökkentő szabályozók egy periódusában két kapcsolási átmenet keletkezik. Az első akkor, amikor a felsőoldali kapcsoló kikapcsol, a kimeneti induktivitás földpotenciálra helyezi a kapcsolási pontot, és az alsóoldali kapcsoló bekapcsol. Ez egy „jóindulatú” átmenet, mivel a kapcsolók akkor kapcsolnak ki és be, miközben zérus feszültség van rajtuk. A másik kapcsolási átmenetnél az alsóoldali kapcsoló kikapcsol, és az áram annak testdiódáján folyik tovább mindaddig, mígnem a felsőoldali kapcsoló magára nem veszi ezt az áramot. Ekkor egy nagy áramlökés keletkezik, amely gerjeszti a tokozat induktivitásából és a kapcsolási pont kapacitásából álló rezgőkört. Ha a kapcsolási holtidő elég rövid, a dióda még nem tud vezetésbe menni, hanem egy túllövés keletkezik, amely hasonlóan nagy áramlökést okoz. Ez nem egy „jóindulatú” átmenet. A dióda kikapcsolási „helyreállása” közben a csatlakozópont kapacitásán „kemény” kapcsolási átmenet keletkezik, és a kapcsolási pont feszültségének lengése lényegesen meghaladhatja a bemeneti feszültséget. Ennek a feszültséglengésnek akár 100 MHz-es frekvenciájú összetevői is lehetnek, amelyek a kimeneti induktivitás (L1) szórt kapacitásán át a kimenetre csatolódhatnak. A csillapító áramkör csillapítja a rezonanciajelenséget, ezért rajta nagyfrekvenciás áram folyik.

2abra

2. ábra Minimalizáljuk a földsíkon folyó áramot a zajproblémák csökkentése érdekében

 

A NyÁK-elrendezés tervezője ezt a zajproblémát helyes alkatrész-elrendezéssel oldhatja meg. Először is az integrált áramkör tápfeszültség-hidegítő csipkondenzátorát jobban kellene elhelyeznie ahhoz, hogy – az ábrán világoskékkel jelölt – nagy áramokat kívül tartsa a panelen. Jobb eredményt ad, ha a hidegítőkondenzátort az integrált áramkör alatt, vízszintesen helyezi el. Ez rövid csatlakozósávokat eredményez a tápfeszültség- és a földponthoz egyaránt, minimalizálja az induktivitást, és a nagyfrekvenciás áramokat távol tartja a földsíktól.
Másodszor, a csillapító áramköri hurok jelentős induktivitást képvisel, amelynek eredménye ugyancsak az, hogy a földsíkon nagyfrekvenciás áram folyik. A csillapító áramkör alkatrészeit is el lehet helyezni az integrált áramkör alatt, az áthelyezett hidegítő-kondenzátortól jobbra.
Végül pedig ez az áramkör egy újabb példa a kapcsoló- és az érzékeny analóg áramkörök összekeverésére, mivel a csillapító áramkör szomszédos a nagyimpedanciás feszültségérzékelő áramkörrel.

Összegzés

A tápegység alkatrészeinek átgondolt elhelyezésével a prototípus-áramkör ellenőrzésére fordítandó idő jelentős része megtakarítható. Fontos észrevennünk, hogy áramkörünkben együtt vannak jelen a zajérzékeny és a zajkeltő csomópontok. Ezeket a lehetőség szerint szét kell választani. Továbbá fordítsunk figyelmet a hidegítőkondenzátorok és a csillapító áramkör alkatrészei elhelyezésére. Ezek hozzávezetései legyenek rövidek, és tartsuk távol a nagyfrekvenciás és a nagy amplitúdójú váltakozó áramokat a földsíktól. Végül pedig ügyeljünk a földsík integritására, azaz minimalizáljuk azokat a vezetősávokat, amelyeket a földsíkkal közös rétegen vezetünk át.

Következő számunkban egyszerű módszert mutatunk be osztott tápegység tervezésére.

 

Robert Kollman – Texas Instruments

www.ti.com/power-ca és www.ti.com/powerhouse-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

46. rész

47. rész

48. rész

49. rész

50. rész

51. rész

52. rész

53. rész

54. rész

55. rész

56. rész

57. rész

 

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.