magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

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

Texas_PowerTips_cikksorozat_lid_melletti_abra_21_reszSokszor gondoljuk, hogy egy ismert kapcsolás ismert részletét nem is tudjuk elrontani. Robert idei első tippje bemutatja a tápegységek hibaerősítőinek tervezésekor leggyakrabban elkövetett hibákat, és ötletet ad az elkerülésükre.

.

 

 

 

 

Kerüljük el a hibajel-erősítők szokásos hibáit!

Íme egy rövid összefoglaló azokról a „csapdákról”, potenciális hibalehetőségekről, amelyeknek a tápegységek hibajel-erősítőinek megvalósítása során „szokás” áldozatul esni, noha könnyen elkerülhetők lennének. Köztük van a a hibaerősítő erősítésének helytelen számítása, vagy ha olyasmit várunk a hibaerősítőtől, amit nem képes megtenni, vagy akár a helytelenül tervezett nyomtatott huzalozás közben elkövethető jellegzetes hibák.
A lehetséges fontosabb hibákat az 1. ábrán látható tipikus tápegységen mutatjuk be. Ez olyan vezérlő IC-vel működik, amely beépítetten tartalmazza a hibaerősítőt. Az erősítő neminvertáló bemenete egy belső referenciafeszültség-forrásra csatlakozik, az invertáló bemenetet az IC-ből az FB csatlakozóponton, a hibaerősítő kimenetét pedig a COMP ponton vezetik ki. A tápegység kimeneti feszültségét az R5 és R7 ellenállásokból álló feszültségosztó állítja be.

texas_2013_1-2_1

1. ábra A vezérlő IC a beépített hibaerősítővel

 

A hibaerősítő erősítésének hibás számítása

Az első, könnyen elkövethető – és gyakran elkövetett – tervezési hiba a hibaerősítővel kapcsolatban az R5 ellenállás figyelembevétele az erősítő váltakozó áramú, kisjelű erősítésének számításakor, noha erre az R5 gyakorlatilag semmilyen hatással nincs. Ha a hibaerősítőt ideálisnak tekintjük, bemenetei virtuális földpontok. Ez azt jelenti, hogy az R5-ön nem folyik váltakozó áram, ezért a kisjelű váltakozó áramú erősítését egyáltalán nem befolyásolja. Erről könnyen meggyőződhet az olvasó, ha felrajzolja a hibaerősítőre kapcsolódó hálózat Thevenin-helyettesítő képét a bemenet felől nézve (lásd a függeléket).

A hibaerősítő sávkorlátozásának fi gyelmen kívül hagyása

A második gyakori hiba olyan erősítést várni a beépített hibaerősítőtől, amelyre az nem képes. A 2. ábra illusztrálja ezt a szituációt. Látható rajta az erősítőtől elvárt amplitúdó–frekvencia függvény, az erősítő erősítése és az elvárt paraméterek helyett – a hibaerősítő korlátai miatti - valóságos teljesítőképesség. Az erősítő korlátozott sávszélessége miatt nem tudja teljesíteni az elvárt nagyfrekvenciás erősítést. A rajzon ugyan nem ábrázoltuk, de a szükséges fázismenet is csak nagyon durva közelítéssel teljesül. Ez utóbbi különösen az olyan feszültség-üzemmódú egyenfeszültségátalakítók problémája, mint amilyen az 1. ábrán is látható, mivel ezeknél nagy frekvencián is nagy erősítésre van szükségünk. Ha a hibaerősítő frekvenciakompenzációját megtervezzük, fordítsunk fokozott figyelmet a sávszélességből adódó korlátozásokra, különben lesz egy oszcilláló (mérnöki szleng szóhasználattal „gerjedős” – A ford. megj.) tápegységünk.

texas_2013_1-2_2

2. ábra A hibaerősítő sávszélessége korlátozza az elérhető erősítést

 

Hibás elrendezés és nyomtatott áramköri tervezés

 

A legsúlyosabb parazitakapacitás-problémát rendszerint a visszacsatoló bemenet (FB) és a hibaerősítő frekvenciakompenzációs csatlakozópontja(i) közötti szórt kapacitások okozzák. Ennek oka a hibaerősítő nagy bemeneti impedanciája, nagy erősítése és a kompenzációs pontra csatlakozó alkatrészek nagy száma. Az 1. ábrán megjelöltük egy tipikus vezérlő áramkörnek ezt a „kényes” pontját, és a legvalószínűbb zavarforrásként működő csomópontot – azzal a megjegyzéssel, hogy egynél több ilyen „zavarsugárzó” pont is elképzelhető. A Q1 és a D1 közös pontján nagyon nagy a feszültségváltozás sebessége (0,1…1 V/ns), amely akár 1 pF parazita kapacitáson át is képes 1 mA áramot kelteni. Az FB és a kompenzációs pontok impedanciája jellegzetesen 1…10 kΩ nagyságrendű, tehát a szórt kapacitáson folyó – mA nagyságrendű – áram jelentős zavarófeszültséget kelthet a hibaerősítő bemenetén. Ez rendszerint hibás (pontatlan időzítésű vagy szükségtelen) nyitóimpulzusok megjelenését okozza a kapcsolóelem kapuelektródáján, vagy feltűnő oszcillációt okoz, miközben a tápegység megpróbálja „kiszabályozni” a zajforrásból becsatolódó hamis hibajelet. A sikeres konstrukciók készítői felismerik ezt a tényt és az elvi kapcsolási rajzon eleve a hibaerősítő szomszédságába helyezik a frekvenciakompenzáló áramkör elemeit, amely szinte sugallja a javasolt nyomtatottáramköri elrendezést. Gondoskodjunk arról, hogy a kompenzálóelemeket „tömören” rendezzük el a hibaerősítő bemenete közelében, és használjunk rövid csatlakozósávokat. Ugyancsak figyeljünk arra is, hogy ne kerüljön a kompenzáló alkatrészek közelébe nagy feszültségváltozási meredekségű (nagy dV/dt) vezetősáv (ilyenek például a kapcsolótranzisztor és a kapuelektródáját meghajtó jelek).

A visszacsatoló hálózat impedanciájának hibás megválasztása

 

Egy másik szokásos probléma forrása, ha nem megfelelő impedanciákat használunk a visszacsatoló áramkörben. A hibaerősítő meghajtóképessége korlátozott, ezért nem tud elegendően nagyfeszültséget létrehozni a visszacsatoló alkatrészeken. Az 1. ábra áramkörében például a hibaerősítő mindössze 100 μA-t tud meghajtani, és ezzel kell volt nagyságrendű feszültséget létrehozni a visszacsatoló hálózat alkatrészein. Ezért a hibaerősítő kimenetére kapcsolódó impedanciáknak nem szabad 10 kΩ-nál kisebbeknek lenniük. De ügyeljünk arra is, hogy a visszacsatoló hurokban ne használjunk túl nagy impedanciát, mivel ez megnöveli a csatlakozópont érzékenységét a kapcsolóponton keletkező és a szórt kapacitáson keresztül becsatolódó zajokra. Az 1. ábra arra is példa, hogyan legcélszerűbb elrendezni a visszacsatoló áramkör alkatrészeit a hibaerősítő körül. A nagyimpedanciás FB-hibaerősítő bemenetre inkább az ellenállásokat csatlakoztassuk, ne a kondenzátorokat. Ez csökkenti az R6/C9 és az R4/C3 zaj érzékenységét, mivel kellőképpen alacsony impedanciával kapcsolódik az erősítőbemenetre. A kondenzátorok másik kivezetése alacsony impedanciájú pontra kapcsolódik, ezzel is csökkentve a zaj becsatolódásának lehetőségét.
Összegezve: sok lehetőség van arra, hogy a hibaerősítő alkalmazásakor tervezési hibákat kövessünk el. Ebbe beletartozik a hibaerősítő erősítésének helytelen számítása éppúgy, mint amikor az erősítőtől olyan teljesítőképességet várunk, amellyel az nem rendelkezik, de a helytelenül tervezett nyomtatott huzalozás és elrendezés is okozhat problémákat. Ha egy kis figyelmet szánunk ezekre a követelményekre a tervezés során, hosszú órákat takaríthatunk meg a laboratóriumi hibakeresési munkafolyamatban.

Függelék

 

A 3. ábra alapján számítható a hibaerősítő erősítése a feszültségbeállító alkatrészekkel:

 

texas_2013_1-2_4

 

texas_2013_1-2_3

3. ábra Thevenin-helyettesítőkép számítása a hibaerősítő bemenete felől nézve

 

Következő cikkünkben tovább vizsgáljuk a DC/DCkonvertereket szabályozó visszacsatoló hurok működésének alapjait.

 

www.ti.com/power-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

 

 

 

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.