magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

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

texas_powertips_cikksorozat_lid_melletti_abra_17_reszA félvezetők magfeszültsége egyre csökken, ahogy azt az energiafogyasztás csökkenése megkívánja. Az abszolút érték csökkenésével azonban a relatív bizonytalanság részére megengedhető „játéktér” is csökken – a korszerű, kis feszültségű energiaellátó rendszerek tervezőinek tehát egyre nagyobb pontossági követelményekkel kell megküzdeniük. Robert Kollman sorozatának következő cikke egy kis „vigaszt” nyújt a tervezőknek.

.

 

A feszültségszabályozó kimenőfeszültsége pontosabb, mint gondolhatnánk

 

A feszültségszabályozók kimeneti feszültsége csökken, és a szabályozási specifikációk mind szigorúbbá válnak. A tervező sorsa mégsem olyan nehéz, mint azt a felszínes megítélés alapján gondolhatnánk. Ha a tervező arra kényszerül is, hogy – költségmegfontolásokból – 1%-os vagy még annál is enyhébb toleranciájú ellenállásokat használjon, mégis van lehetősége arra, hogy nagyon pontos értékű kimeneti feszültség előállítására alkalmas feszültségszabályozót tervezzen. 

ti_powertips_17_tamas_jav_abra1

 

1.ábra A kimeneti pontosság az osztásviszonytól, a referen­cia­pontosságtól és a hibaerősítő ofszetjétől függ

 

Az 1. ábra egy tápegység tipikus feszültségszabályozó áramkörét mutatja. A kimeneti feszültséget leosztjuk és egy referenciafeszültséggel hasonlítjuk össze. A különbséget felerősítve a szabályozóhurok vezérlésére használjuk. Első ránézésre azt mondhatnánk, hogy ennek az elrendezésnek a pontosságát az ellenállás-tolerancia kétszerese korlátozza. Szerencsére ez nem igaz, mert a pontosság a kimeneti feszültség és a referenciafeszültség arányától is erősen függ. Három különböző értékkombináció megvizsgálása elegendő arra, hogy láthatóvá tegyük az osztásviszonytól való függőséget. Az első kombinációban egyáltalán nincs leosztás. Más szóval: a kimeneti feszültség egyenlő a referenciafeszültséggel. Ilyenkor nincs feszültségosztó, tehát magától értetődően nem keletkezik az ellenállások okozta leosztási hiba sem. A második szituációban a kimeneti feszültség sokkal nagyobb a referenciafeszültségnél. Ebben az esetben R1 sokkal nagyobb R2-nél. A feszültségosztó osztásarányának hibája kétszerese az ellenállások toleranciájának (Ez szigorúan véve akkor igaz, ha a két ellenállást azonos toleranciájú értéksorból választjuk – ami a gyakorlati esetek túlnyomó többségében valóban teljesül, és a cikk ezzel a feltételezéssel él. Pontosabban szólva az osztó hibája az azt alkotó ellenállások toleranciájának összege – A szerk. megj.), és ez a hibaszituáció akkor áll elő, ha legrosszabb esetben az R1-ellenállás pontos értéke a hibasáv egyik szélére, az R2-ellenállásérték pedig a hibasáv másik szélére tolódik.

A harmadik esetet könnyű elképzelni – tegyük fel, hogy a kimeneti feszültség a referenciafeszültség kétszerese. Ez eset ben a két ellenállás névleges értéke azonos. Ha most a két ellenállás értéke a hibasáv ellentétes vége felé tolódik, a hányados számlálója a tolerancia értékével tolódik el, a nevező (a két ellenállás érté kének összege) változatlan marad.

A 2. ábra a kimeneti feszültség pontosságát ábrázolja a referencia és a kimeneti feszültség arányának függvényében. (A részletes levezetést a Függelék tartalmazza). Az egyszerűsített megoldás az, hogy az amely összhangban van az előzetes vizsgálat során tett háromféle feltételezéssel.

 

ti_powertips_17_tamas_jav_egyenlet_1

 

ti_powertips_17_tamas_jav_abra2

2. ábra A kimeneti pontosság összefüggése (1%-os ellenállásokat feltételezve) egyszerű: (1-Vref/Vout)*2*tolerancia)

 

Ez az egyenlet egyszerűsített ugyan, de a közelítés a szokásos ellenállás-toleranciákat feltételezve elegendően pontos. Érdekes módon ez nagyobb pontosságot eredményez a kisebb kimeneti feszültségeknél. Sok integrált referenciaforrás feszültsége a 0,6…1,25 V tartományba esik, amely 1% vagy jobb pontosságot tesz lehetővé, ha a kimeneti feszültség is ebbe a tartományba esik.

Az 1. táblázat néhány olyan információt mutat meg, amelyre a tervező nem biztos, hogy gondol.

 

ti_powertips_17_tamas_jav_tabl

1. táblázat Az ellenállás-toleranciához hozzáadódó további hibatényezők

 

Ezt a táblázatot egy tipikus ellenállás-adatlap adataiból állítottuk össze, az ellenállások hibájának eredetét is figyelembe véve. Az ilyen listákat nagyon nehéz értelmezni egy tervezési folyamat során, ezért a legtöbb mérnök megáll a kezdeti toleranciaértéknél. Azonban vannak olyan hibaösszetevők, amelyekről valószínűleg nem célszerű megfeledkezni. Ennek a táblázatnak minden egyes eleméből nehezen követhető hatások következnek. Például nincs tartomány megadva a hőfoktényezőre, miközben a valóságban mindkét ellenállás valószínűleg ugyanolyan irányú értékváltozást szenved el a hőmérséklet hatására, és minden bizonnyal nem a lehetséges eltérési tartomány ellenkező szélsőségei felé változik. Ha egy tapasztalt tervezőmérnök futólag átvizsgálja ezeket a hibatényezőket, kiderül, hogy az 1%-os toleranciájú ellenállás esetében 2,5%-os maximális hibát feltételezni elfogadható kompromisszum az értékek legrosszabb kombinációja és az elfogadható ár között. 

Összegezve: egy alacsony kimeneti feszültségű feszültségszabályozónál viszonylag jó pontosságot elérni nem egy ijesztő feladat, ha alacsony és megfelelően pontos az osztásarány.

 

A következő alkalommal egy érdekes tápegységtopológiát vizsgálunk meg negatív tápfeszültségek előállítására.

 

ti_powertips_17_tamas_jav_fuggelek_egybe

 

www.power.ti.com

http://www.ti.com/ww/hu/cikkek-szakirodalom.html

 

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

 

 

 

 

 

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.

 

   
Advertisement