Come aggiungere isteresi a un convertitore CC/CC

L’isteresi di abilitazione non è inclusa nel convertitore CC/CC con cui state progettando? Oppure l’isteresi di abilitazione integrata è troppo piccola?

I moderni convertitori CC/CC utilizzano un pin di abilitazione per controllare le condizioni di progetto per l’accensione e lo spegnimento dell’alimentazione. È tuttavia possibile aggiungere un’isteresi regolabile al segnale di abilitazione del convertitore CC/CC. È possibile replicare questa tecnica utilizzando il foglio di calcolo Excel, le simulazioni del software TINA-TI™ di Texas Instruments e il test con il modulo di valutazione (EVM).

È pratica standard dell’ingegneria elettrica aggiungere un resistore di isteresi attorno ad un comparatore (aggiungendo il feedback). È possibile applicare la stessa idea a un convertitore CC/CC aggiungendo un resistore che collega il segnale di abilitazione alla tensione di uscita. Aggiungendo la tensione di uscita al segnale di abilitazione, il segnale di abilitazione verrà aumentato ulteriormente quando il convertitore genera un’uscita. La Figura 1 mostra uno schema semplificato.

Figura 1: Schema di convertitore CC/CC semplificato

È possibile utilizzare le Equazioni da 1 a 4 per calcolare i valori di resistenza corretti in base ai parametri di progettazione:

dove R_T è la resistenza di retroazione superiore nella rete del resistore di abilitazione, R_B è la resistenza di retroazione inferiore nella rete del resistore di abilitazione, V_ON è la tensione di ingresso desiderata per l’accensione, V_OFF è la tensione di ingresso desiderata per lo spegnimento, R_HYS è il resistore di isteresi, I_DRAW è la corrente prelevata dalla rete del resistore di abilitazione e V_EN è la tensione di soglia di abilitazione (una specifica della scheda tecnica).

Esempio

In questo esempio, il convertitore è abilitato quando la tensione di ingresso raggiunge 10V. Una volta acceso, la tensione di ingresso diminuisce fino a 7,5V prima che il convertitore si disattivi. In pratica si tratta di progettare un’isteresi di sistema di 2,5V nel segnale di abilitazione. I parametri di progettazione specifici sono: 

• V_IN tipico = 12V.
• V_ON = 10V.
• V_OFF = 7,5V.
• V_OUT = 5V.
• V_EN = 1,2V (senza isteresi interna). 

Passiamo ora ad esaminare i calcoli, le simulazioni e i dati di test per questa isteresi aggiuntiva.

Passaggio 1: Utilizzo del calcolatore di progettazione per determinare i valori del resistore

Il calcolatore di progettazione in Excel può calcolare i valori dei resistori corrispondenti ai parametri di progetto desiderati. Nelle caselle gialle (Tabella 1), inserire la tensione di accensione preferita, la quantità di isteresi aggiunta, la soglia V_EN, l’assorbimento di corrente desiderato totale e la tensione di uscita. Utilizzare la voce per l’assorbimento di corrente della rete del resistore di abilitazione per selezionare la quantità di corrente che si intende destinare alla rete di abilitazione. Selezionando un valore inferiore, le grandezze del resistore aumentano. Immettere questo valore in microampere. 

Tabella 1: Esempio di utilizzo del calcolatore di progettazione in Excel

Il calcolatore in Excel consiglia rapidamente i valori dei componenti appropriati per V_ON e V_OFF desiderati. La Tabella 1 mostra anche i valori R_T, R_B ed R_HYS calcolati per soddisfare i criteri inseriti. 

Passaggio 2: Simulazione dei valori utilizzando il software TINA-TI

È possibile utilizzare una simulazione TINA-TI per simulare le prestazioni di accensione e spegnimento con i valori dei resistori calcolati. Regolare le grandezze R_T, R_B, R_HYS, V_EN e V_OUT per coincidere con i calcoli del proprio progetto. La Figura 2 mostra lo schema di simulazione TINA-TI, che può essere adattato per testare diversi valori.

 

Figura 2: Schema di simulazione TINA-TI

Fare clic su Analisi e quindi su Analisi transienti per eseguire la simulazione. L’esecuzione da 750ms a 1,75s mostra un ciclo completo di accensione e spegnimento. La Figura 3 mostra i risultati della simulazione

 

Figura 3: Risultati dei transienti della simulazione TINA-TI

 Passaggio 3: Validazione su un EVM

Il cablaggio del resistore di isteresi su un EVM di TI consente di eseguire il test in laboratorio. Per questo esempio è stato utilizzato l’EVM LM73605 di TI con un piccolo carico resistivo e un generatore di segnale per fornire la forma d’onda della rampa di ingresso. La Figura 4 mostra l’implementazione fisica dell’esempio di isteresi con i risultati misurati su un oscilloscopio.

 

Figura 4: Risultati dei test su EVM 

Conclusione

Il calcolatore in Excel consente una rapida progettazione di una rete con isteresi. I file di simulazione confermano la validità matematica e dimostrano la stessa soglia di accensione e spegnimento del calcolatore. Infine, i test effettuati in laboratorio dimostrano che, a livello di applicazioni, le soglie di accensione e spegnimento sono molto prossime all’ideale e corrispondono al calcolatore. Il calcolatore in Excel, gli strumenti di simulazione e il test con EVM forniscono un metodo rapido e preciso per aggiungere l’isteresi al vostro convertitore CC/CC.

Per il vostro prossimo progetto di alimentazione CC/CC, scaricate il Calcolatore in Excel per l’isteresi di abilitazione e la simulazione dell’isteresi di abilitazione TINA-TI per velocizzare l’aggiunta dell’isteresi allo stadio di potenza.

a cura di Reed Kaczmarek, Texas Instruments