Convertitore Dc/dc Max618 Non Funziona Correttamente

[MusicIsLife]

Ciao a tutti, ragazzi!

In laboratorio sto provando a cimentarmi con l'impiego dei DC/DC converter ed ammetto di essere alle prime armi poiché non ne ho mai utilizzati in vita mia. Data una tensione di ingresso di 5V devo innalzarla indicativamente a 10V ed avere un assorbimento sui 10V anche di 300mA. Ho pensato di impiegare il MAX618 della MAXIM (http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX618.pdf)

Ho seguito le procedure, per quel che ho potuto, indicate nel datasheet. In particolare, osservando lo schema allegato ho utilizzato i seguenti valori di componenti:

Cind= 2x47uF (elettrolitici)

Cout= 2x47uF (elettrolitici)

Diodo = 1N5819

R1=560k

R2=100k

Cp=330pF

CVL (capacità su VL) = 4.7uF (tantalio)

CCOMP = 100nF

L = 15uH (ottenuta come 10uH + 10uH//10uH) con Isat>4A

L'induttanza, purtroppo, ho dovuto ottenerla con una serie ed un parallelo poiché avevo solo 3 uguali, ma di valore 10uH ognuno.

SCHEMA ELETTRICO: http://i61.tinypic.com/34znj9t.jpg

I risultati del funzionamento sono visibili nelle figure riportate. Scusate se non si vedono i colori, ma nel fare il salvataggio dei files sono andati persi. Comunque il canale "1" è l'ingresso sulle capacità CIND (ovvero i 5V dall'alimentatore che è in grado di erogare sino a 3A); il canale "2", ovvero quello al centro dell'immagine è il segnale su LX, tra l'induttanza e l'anodo del diodo, mentre il canale "3", quello sotto, è la tensione di uscita sul carico.

Il circuito è stato realizzato su millefori utilizzando uno zoccolo per l'integrato e tutti i componenti sono ad inserzione. Indicativamente il circuito occupa uno spazio di 4cm x 4cm. La mia idea, ovviamente, è quella poi di realizzare il circuito stampato.

Nessun carico collegato: http://i60.tinypic.com/2dirmsx.jpg

RL=220ohm: http://i57.tinypic.com/j7q8pg.jpg

RL=220ohm (dettaglio): http://i57.tinypic.com/xeqzd4.jpg

RL= 120ohm: http://i62.tinypic.com/166hx85.jpg

RL=82ohm: http://i61.tinypic.com/2zhh8vo.jpg

RL=56ohm: http://i58.tinypic.com/dxh0xz.jpg

RL=56ohm//82ohm: http://i58.tinypic.com/2lkz2x5.jpg

RL=56ohm//82ohm (dettaglio1): http://i60.tinypic.com/2nhi1du.jpg

RL=56ohm//82ohm (dettaglio2): http://i60.tinypic.com/2570xw2.jpg

Avete idea di che cosa succeda? Sembrano oscillazioni, ma non capisco da dove arrivano.

Modificato: 19 luglio 2014 da MusicIsLife

[Ctec]

Potrebbe essere una oscillazione dovuta al fatto che hai una bobina "spezzata" in tre, e chissà che diavolo succede con le capacità parassite...

Trova un induttore da 15uH, oppure prova uno solo da 10uH, al limite peggiori l'efficienza.

[Livio Orsini]

Il diodo dovrebbe essere un fast recovery od un schotky, altrimenti oltre ad aumentare la dissipazione si rischiano oscillazioni parassite.

C_out deve essere un unico condensatore del tipo per SMPS, con bassissima induttanza parassita.

Se a questo aggiungi i parassiti di una scheda cablata su millefori e l'induttore assiemato con 3 pezzi, è qausi certa la risonanza parassita che hai osservato.

Ti consiglio di verificare anche il condensatore al tantalio. Questi componenti necessitano di un Rserie per limitare la corrente di carica altrimenti hanno il brutto vizio di andare in corctocircuito dopo un certo numero di accensioni.

[MusicIsLife]

Intanto grazie per le risposte sia a Ctec che a Livio.

Per quanto riguarda il diodo posso affermare che sia proprio uno shottky.

Ho ordinato l'induttore da 15uH ma mi arriverà nei prossimi giorni; nel frattempo ho pensato di fare qualche misura usando la soluzione serie-parallelo citata in modo da avere il valore di 15uH che mi servirebbe, appunto, per il funzionamento con la Vout desiderata.

I condensatori di uscita SICURAMENTE non hanno bassa ESR ed ESL poiché sono quelli classici da laboratorio. Ho verificato l'impedenza con l'impedenzimetro e la ESR dovrebbe essere attorno ai 600mohm, mentre la frequenza di risonanza è attorno ai 150kHz.

Ho notato un altro fattore mentre facevo alcune prove. In certi casi, avviando l'alimentatore che fornisce i 5V al DC/DC, la tensione di uscita sembra "seduta" ad un livello più basso. Per parlare con parole semplici, accendo l'alimentatore e mi trovo l'uscita a 10V corretti. Poi lo spengo, lo riaccendo, ed in uscita mi ritrovo 7.5V ed infatti anche la tensione VLX (tra induttanza ed anodo del diodo) ha una forma molto strana (in particolare sembra attenuata notevolmente rispetto a quella che avete visto nelle immagini, anche se la frequenza di commutazione è rispettata). Poi magari lo riavvio la terza volta e torna tutto a posto. Questo problema, in particolare, capita se il carico collegato al momento dell'avvio richiede correnti più elevate. A vuoto, ad esempio, non capita mai questa cosa. Se collego il carico da 220ohm capita molto di rado. Se invece metto ad esempio quello da 56ohm spesso capita che avviandolo sembra "seduto". Inoltre, nonostante aspetti anche alcuni minuti, se l'uscita parte "seduta" non arriva ai 10V a regime neppure dopo 10minuti; resta sempre al livello inferiore senza variare più di tanto.

Livio, per quanto riguarda il discorso del condensatore al tantalio non ho ben capito che cosa tu intenda (anche in questo caso ho verificato che la frequenza di risonanza del condensatore al tantalio è inferiore alla frequenza di commutazione del DC/DC, ovvero 250kHz).

Altra domanda un po' da ignorante in materia. Ma TUTTI i componenti che impiego e che siano a stretto contatto con il DC/DC (tipo quelli riportati nello schema elettrico) dovrebbero dover funzionare ALMENO sino alla frequenza di funzionamento del convertitore o in realtà non me ne frega nulla che le capacità di IN e di OUT abbiano frequenza di risonanza minore di quella di funzionamento del convertitore?

Grazie!

[Livio Orsini]

1. I condensatori al tantalio vogliono che si limiti la corrente di carica. 45 anni fa circa, qaundo comparvero sul mercato, ci fu la corsa ad impiegarli per le loro piccole dimensioni e le minori induttanze parassite. Io ne impiegai una manciata su un prototipo di sintetizzatore HF che stavo sviluppando; dopo qualche giorn o comincia a perder tempo nella ricerca di quale condensatore mettava in corto l'alimentazione. Allora andai a studiarmi l'AN della ITT che produceva quei condensatori (ma anche altri ovviamente) e scoprii l'arcano: loro imponevano un resistore serie di 0.x ohm per volt di alimentazione. Io feci 2 conti e mi risultò che inserendo in serie un induttore di filtro ottenevo la limitazione di corrente e realizzavo un bel passa basso a "L" rovesciata, aumentando il filtraggio delle alimentazioni. Mi tornò alla mente questo fatto perchè il mese scorso ne discussi in MP con un utente che ha ancora un RX-TX con quel sintetizzatore (residuato dei carabinieri) e che lamentava che su alcune schede morivano ancora i con desatori al tantalio. Era successo che aveva proseguito il mio lavoro (io cambia azienda prima che andasse in produzione) aeva pensato bene di risparmiare togliendo gli induttori. La frequnza di risonanza non centra in questo caso, almeno per il problema che ti ho segnalato. Basta verificare con i data sheets dei condensatori che limite di corrente di carica necessitano e se nella tua applicazione questo limite può essere superato. Oppure puoi attendere sino a che muoia il condensatore. Trascorsi alcuni mesi senza defunti significa che non superi le condizioni d'impiego previste. E' un metodo barbaro ma ha i suoi vantaggi.
2. Gli SMPS sono apparati delicati. Se ben progettati e ben costruiti sono robustissimi ed efficientissimi, altrimenti sono solo fonte di guai ed inconvenienti. Diciamo che sono binari: o funzionan bene o non funzionano. Alla fine degli anni 70 del secolo scorso, per circa due anni mi dedicai alla progettazione di SMPS direttamente da rete per impieghi industriali, pochi, e per impieghi TV, tantissimi. Fu allora che imparai alcuni fndamenti. Tutta la componentistica deve essere adatta per l'impiego; i diodi meglio se fast recoveri, gli elettrolitici che stanno sulla potenza devono essere per impieghi impulsivi ed a bassa induttanza parassita, basta verificare i data sheet e verificare che siano previsti per imoieghi in SMPS. Anche gli altri componenti devono essere adatti all'impiego impulsivo per la gamam difrequenza di lavoro del dispositivo. Specie l'induttore, che è un componente molto delicato da cui dipendono buona parte delle prestazioni dello SMPS.
3. Non conosco l'integrato che stai usando, ma lo schema senbra un classico da AN e MAxim è un produttore serio che pubblica guide malfatte. Io credo che tu debba verificare se è previsto un soft start per il tuo circuito. Se è previsto usalo, perchè il difetto che segnali sembra proprio che il circuito vada in auto limitazione di corrente.

[MusicIsLife]

Grazie nuovamente

Molto interessante la questione dei condensatori al tantalio, non sapevo di tutti questi problemi relativi alla tecnologia produttiva.

In merito al circuito, posso dire che l'induttore utilizzato è quello da 10uH riportato nel seguente link (il primo della lista: DC1012-103L): http://www.coilcraft.com/DC1012.cfm

L'induttore arriva a funzionare a 250kHz senza problemi visto che la risonanza è ben più in alta frequenza.

Provo a reperire in giro le capacità a bassa induttanza parassita, sperando di trovarle. So che mi sparerete per questa richiesta, ma secondo voi giusto per delle prove sarebbe possibile recuperarne qualcuno dagli alimentatori dei computer? Potrei recuperare quelli sulla linea dei 12V che hanno una tensione lavoro minima di 16V (e si spera anche di 25V).

Provo anche a cercare qualche AN della Maxim in merito ad eventuali soft start da applicare al tipo di DC/DC converter Magari mi sapreste anche consigliare qualche libro interessante che tratti solo convertitori (AC/DC, DC/DC, inverter, ...) con approccio applicativo/esplicativo? Non vorrei solamente il classico libro (che già ho) che tratta questi dispositivi dal punto di vista esclusivamente teorico, ma che non mette in risalto le tecniche applicative (layout opportuni, componenti da impiegare, ecc...). Grazie!

[Livio Orsini]

Di letteratura sugli SMPS ce ne è una valanga, basta fare una ricerca con google per essere sommersi dalle informazioni.

Io mi sono formato con i quaderni specialistici della Philips, anche se sono vecchi di mezzo secolo circa, sono ancora validi come principio; i componenti sono naturalmente evoluti così come le prestazioni, le problematiche però son sempre simili.

Poi ho anche un bel libretto della Motorola specialistico per SMPS industriali.

Poi devo avere anche, in forma elettronica, un manuale propedeutico su questi alimentatori. E' archiviato su uno dei miei Hard DIsck esterni che ora sono a casa mia, mentre io sono al mare.

Gli alimentatori PC è meglio usarli così come sono.

Leggi bene il dasheet el MAX..., anzi visto che oggi la connessione è veloce ne approfitto per scaricarlo.

[ic910]

Se vuoi abbassare ESR di condensatori elettrolitici puoi fare una parallelo di più condensatori per arrivare al valore che ti serve. In questo modo abbassi il valore di Esr perchè le resistenze interne cosi facendo si trovano in parallelo. Anche la nuova elettronica utilizzava questo metodo.

[Livio Orsini]

In questo modo abbassi il valore di Esr perchè le resistenze interne cosi facendo si trovano in parallelo.

Su questo ho molti dubbi, in compenso aumenti sicuramente le induttanze parassite e ti ritrovi con molti punti di risonanza.

[fede1942]

In questo modo abbassi il valore di Esr perchè le resistenze interne cosi facendo si trovano in parallelo.

Probabilmente non di quanto speri perché, in generale e per condensatori della stessa classe/serie, a capacità maggiore corrisponde ESR minore

Modificato: 27 luglio 2014 da fede1942