TPS56221 è un convertitore sincrono buck ad alta efficienza progettato per funzionare con un'alimentazione di 4,5 V e 14 V. Il dispositivo è in grado di produrre una tensione di uscita a partire da 0,6 V a carichi fino a 25 A. I Power MOSFET NexFET sono integrati in un piccolo package e sono facili da usare.
Il TPS56221 da TI implementa un controllo "voltage-mode" con la compensazione di tensione feed-forward che risponde immediatamente alle variazioni della tensione di ingresso. Il TPS56221 è disponibile in un package PowerPAD 22-pin PQFN (DQP). Il dispositivo offre la flessibilità di progettare con una varietà di funzioni programmabili, inclusi soft-start, protezione da sovracorrente e compensazione del loop.
Caratteristiche del convertitore sincrono step-down TPS56221
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- incorpora la tecnologia Power Block
- Soft-Start programmabile
- Shutdown termico
- controllo voltage mode con feed-forward
- corrente di uscita fino a 25A
Anche la TI non si fa mancare assolutamente i suoi dispositivi di alta fascia. Un convertitore buck con un controllo di tipo feed forward per velocizzare il controllo in retroazione suppongo alle variazioni del segnale d’ingresso. Il suo ampio range di variazione della tensione d’uscita a fronte di un altrettanto ampio range di variazione della tensione d’ingresso rende questo componente di indubbia utilità!
ottimo componente! versatilissimo direi con tutte queste opzioni… andate a guardare il data sheet !
Sicuramente interessante non so’ se nache TI offre strumenti di simulazione tipo SwitcherCAD della Linear che anchessa produce componenti di potenza.
Per chi volesse fare un esercizio di dimensionamento classico sul BUCK vi segnalo questa dispensa che ho scritto io per il Politecnico di Torino.
http://corsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/02ATSCM/buck.pdf
N.B C’è solo un piccolo errose su un condensatore di ingresso vediamo chi lo trova?
l’errore è per caso nel disegno? .. nei calcoli lo metti in parallelo a Vin ma nel disegno è in parallelo al diodo il che è sbagliato 🙂
Questo componente che ha concepito la texas instrumrnts è molto interessante per la sua prestazione , in particolar modo la possibilità di poter stabilizzare fino ad 25 A visto il suo parcheggi in via ridotto chi è simile ad ad esempio un componente come 7805 che ha le stesse dimensioni ma con prestazioni inferiori e anche non necessita componenti di potenza esterna come ad esempio MOSFET,
È tutto questo avviene con un’ottima stabilizzazione visto il nuovo sistema di attuazione ,
adesso m’informo se riesco a avere dei campioni di questo componente .
uno dei più grossi problemi dopo sarà saldato su una PCB visto le sue dimensioni ma mi risparmierò tutti Stati di potenza .
Qualcuno mi insegna cosa è il Soft-Start programmabile? Significa che ho un bootloader programmabile? e lo Shutdown termico? è una sicurezza contro le tensioni troppo elevate? e..altra cosa? a che mi possono servire 25 ampere? Non sono un pò tanti?
Non so proprio niente io in questo settore >.<
allora, se non dico ca__ate, soft-start dovrebbe essere una sorta di accensione graduale e puoi decidere tu il tempo, credo serva per certe applicazioni dove è meglio non avere delle variazioni repentine di tensione o corrente… lo shotdown termico credo sia un meccanismo che spegne l’affare se scalda troppo .. ha dei pin dedicati..
i 25 ampere non so a cosa servano soprattutto perchè si possono ottenere con 0,6 volt (con tensioni più alte la potenza sarebbe troppa.. e non so come la dissiperebbe…) comunque se hai voglia e mastichi meglio di me l’inglese (non ci vuole molto credimi) leggi il data sheet…
Questo integrato è un convertitore DC – DC E funziona solo analogicamente , non possiede programma interno per impostare l’attenzione è necessario agire sui valori dei componenti al suo intorno ad esempio fornendogli una tensione di riferimento tutte queste informazioni si trovano di solito nel Data sheet che fornisce il costruttore o il venditore ma tanto ormai si trova su direttamente sul loro sito .
Per cosa riguarda il bootloader non c’ è essendo un circuito analogico .
Shutdown termico È una procedura di emergenza messa all’interno del componente che serve a spegnerlo in caso di sopra riscaldamento o superamento di una temperatura prestabilita da questo momento il componente si stacca e non è più possibile utilizzarlo fino a che non scende a una temperatura prestabilita molto più bassa di quella di stacco . questo è il racconto solo in caso di sopra e non è il caso di sopra tensione ma indirettamente può anche causare se la tensione viene troppo alta di componente si mette a scaldare e si potrebbe spegnere .
Le correnti in uscita di qualunque alimentatore possono essere anche molto alte ad esempio in questo 25 A , questo può essere usato per fornire elettricità stabilizzato ad esempio a motore elettrico o anche a una serie di lampadine come quelli della macchina che consumano ciascuna 4 A .
Di solito quelle correnti sono difficile da ottenere stabilizzate neanche un alimentatore di computer a tale correnti alla sua disposizione ad esempio sull’ uscita 3.3 V e 5 V .
Non si può sapere a priori fino a qualche per sarà necessario ad esempio in una Saltatrice elettrica può arrivare anche a diverse centinaia di aver con delle tensioni 24 V a 90 V
Perfetto è chiaro. Ora però, altra cosa. Io sono molto curioso di imparare =)
La tensione d’ingresso è definita mentre quella d’uscita parte da 0,6..esiste un limite alla tensione d’uscita? Oppure tale limite è semplicemente dato dalla potenza massima che il componenete può dissipare?
essendo un convertitore step down … non puoi salire più della tensione di ingresso 🙂 nella fattispecie questo arriva anche a 14 volt, risultando,possiamo dire non un convertitore dc-dc ma uno stabilizzatore …
Stabilizzatore di.. tensione??
e diciamo di si…logicamente, in ingresso devi avere 14 volt..e possono esserci disturbi in ingresso anche se la tensione Vin è continua…
aaaaaaaaaaa..una sorta di circuito che elimina i rumori =)
Vorrei farti osservare che il difficile nel montare package come questi sta proprio nel far aderire (e per far aderire intendo saldare) la parte sottostante su un piano di massa. Se non si dispone di una stazione saldante ad aria calda, fai notte a saldare questo controllore di convertitore step-down…
In fin dei conti ormai salvatrice d’aria calda sono anche prodotti perfettamente accessibile per uno hobbysta, ne trovi anche tranquillamente a intorno di € 100 in qualunque fiera dell’elettronica ad esempio quella di Forlì o su Internet ad esempio sul ebay .
Per cosa riguarda la conduzione del calore dal integrato sul dissipatore termico si può impiegare la pasta termica .
Aspetta, mi pare di avvertire una certa confusione nei commenti che ho avuto modo di leggere…ricapitoliamo un pò le cose…Innanzitutto le definizioni date per softstart e per shutdown termico sono esatte e quindi non mi ripeto assolutamente su ciò che gli altri già ti hanno detto. Mi soffermerei di più invece su quello che è il principio di funzionamento di un convertitore step-down (detto anche boost) per poter arrivare a dimostrarti il perchè al massimo puoi avere una tensione in uscita pari a quella che hai in ingresso e perché questi dispositivi, seppure minuscoli nelle dimensioni, riescono a darti in uscita correnti così elevate.
I convertitori step-down appartengono alla categoria dei convertitori di tensione detti switching, perché a differenza dei regolatori lineari i dispositivi attivi che spostano la potenza dall’ingresso all’uscita lavorano come interruttori, cercando di assomigliare quanto più possibile a degli interruttori ideali. Un interruttore ideale, come ben saprai, quando è chiuso conduce una corrente ma la tensione ai suoi capi è nulla, quindi la potenza dispersa anche in questo caso è nulla (potenza=tensione x corrente), mentre quando l’interruttore è aperto la corrente è nulla e la tensione misurabile ai suoi capi è massima. In quest’ultimo caso la potenza dispersa a livello di interruttore è ancora una volta nulla. Quindi se si disponesse di interruttori ideali, l’efficienza nel trasferire la potenza dall’ingresso verso l’uscita sarebbe pari al 100%. Siccome gli interruttori, come ben puoi immaginare, sono realizzati con transistor (sicuramente Mosfet), non si può pretendere una perfetta commutazione aperto/chiuso e viceversa ergo una piccola potenza d’ingresso al convertitore viene dispersa a livello di transistor e in uscita avremo qualcosa di meno della potenza d’ingresso (se imposti il bilancio delle potenze ti renderai conto che si tratta di elettrotecnica spicciola).
Ho tanto parlato di potenza perché questi convertitori lavorano sul principio del mantenere costante la potenza quindi, a meno di una piccola perdita che abbiamo già giustificato, la potenza che ho in ingresso al convertitore me la ritrovo pari pari in uscita. Per inciso, le perdite sono davvero basse perché questi convertitori arrivano a raggiungere efficienze pari a poco meno del 100%, quindi non ci si dovrebbe preoccupare del surriscaldamento dei componenti perché in teoria questi dovrebbero scaldare poco. In realtà, è dimostrabile, che il rendimento non può che abbassarsi all’aumentare della temperatura quindi, se in ingresso gli dai la potenza P1 e il rendimento è del 98%, dando P2> P1 il rendimento al massimo può restare il 98%, quindi aumenta la potenza dispersa sui componenti attivi e con questa la temperatura. Questo è il motivo per cui è necessario spegnere il regolatore se la temperatura è troppo alta!
La conversione step-down la devi vedere come una tensione in ingresso che viene “affettata” tramite un segnale di PWM che dosa la quantità di tensione da riportare in uscita. Tipicamente, la struttura base prevede un mosfet, un diodo, un induttore e una capacità…induttore e capacità fungono come filtro passa-basso del secondo ordine posto all’uscita del “chopper” (combinazione mosfet-diodo) in modo da poter prelevare una componente il più possibile continua. Se il duty-cycle dell’onda PWM che affetta la tensione di ingresso lo poni pari a 1, in uscita avrai una tensione pari a quella d’ingresso, e non puoi andare oltre…
Mi rendo conto che l’ultima parte del commento sia poco chiara, ma da ingegnere sono abituato a illustrare queste cose supportato da un foglio o da una lavagna su cui disegno schemi e scrivo formule che a volte bastano a sostituire più di 1000 parole.
Ho la strana sensazione che non basta la pasta termica, anzi…il piano metallico sottostante a determinati package come quello del circuito integrato oggetto dell’articolo, necessitano di un collegamento stabile (ancora una volta, per inciso, una saldatura) perchè da quel pad metallico, i circuiti interni al package prendo la massa elettrica…quindi non ci sono grandi alternative, va saldato e basta!!
Dal Datasheet risulta i pin 3 e 5 servono anche loro per il GND ,
Dopo non so se hai la necessità per forza di saldare anche sotto con la massa,
Ti dirò che in passato ho riscontrato seri problemi nel riuscire a far funzionare circuiti utilizzanti integrati in package QFN fino a quando non sono arrivato alla conclusione che quel pad sottostante dovevo per forza saldarlo ad un piano di massa…successivamente me ne diede conferma anche il mio prof di costruzioni elettroniche.
il soft-start serve per evitare il picco di corrente all’accensione del circuito, per cui si preferisce utilizzare un avvio del circuito più lento, in modo tale da non sovraccaricare sia gli interruttori che i cavi elettrici, visto che parliamo di correnti in gioco piuttosto alte. Non ho letto il datasheet, ma credo che quella corrente sia utilizzabile con una tensione di 0,6 V, viste ad occhio le dimensioni del componente e dei suoi pin.
il soft start serve a fare in modo da non mettere in ingresso al circuito che devi alimentare uno sbalzo di tensione troppo repentino. forse studierai che in un circuito ingressi “a rettangolo” come possono essere quelli che daresti senza il soft start, con una variazione molto ripida, sono i più insidiosi da trattare. per ovviare a questo di solito si usano condensatori, che fanno in modo naturalmente di aumentare la tensione in maniera più o meno graduale.
Lo shutdown termico serve a non far bruciare letteralmente il circuito. Questo è un integrato di potenza. se non viene raffreddato dovere non può funzionare bene, e c’è il rischio che una “reazione a catena” faccia aumentare sempre di più la sua temperatura. Lo shutdown termico avviene quando un sensore integrato nel circuito rileva che la temperatura sta sopra una certa soglia, e spegne il circuito.
25 Ampere potrebbero servirti per diverse cose… tipo un amplificatore di potenza (anche se in genere si tende ad usare tensioni più alte), oppure per gestire degli alimentatori regolabili, come quelli da banco, abbastanza potenti… Quando ne hai bisogno te ne accorgi
rispondo in aggiunta al commento di alex: Una correzione, al posto di buck ha scritto boost. Il circuito boost fa l’esatto opposto, cioè aumentare aumentare la tensione di uscita.
Comunque se permetti vorrei spiegartelo in maniera semplicistica: tu prendi una tensione continua alta, mettiamo 10V a te ne servono 5. Immagina di avere un interruttore che manda la corrente dall’alimentatore a 10 Volt direttamente sul carico. Se lo tenessi sempre acceso andrebbero sempre 10 Volt sul carico, e così di certo non va bene perchè ne vuoi 5. a questo punto si mette un filtro in uscita che legge il valore della tensione che vorresti a 5V. Questo filtro è collegato a qualcosa che accende e spegne molto velocemente l’interruttore, così che la tensione (prima del filtro) sia un segnale pwm qui per informazioni più dettagliate puoi vedere: http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation
Questo segnale è a forma rettangolare e idealmente passa in continuazione istantaneamente dalla tensione di ingresso a 0 generando tutta una sequenza di rettangoli. il filtro che c’è dopo estrae il valore medio di quest’onda rettangolare. L’onda rettangolare è caratterizzata da un certo tempo che sta a 0 e da un certo tempo che sta a 10V. se il carico assorbe molta corrente, è necessario aumentare il “duty cycle” del segnale pwm, cioè è necessario aumentare il rapporto tra quanto tempo il segnale sta a 10V rispetto a quanto tempo sta a zero. Se ci pensi un poco è molto intuitivo… Se permetti un paragone, è più o meno come quando uno fa dei palleggi con il pallone da calcio. Se il pallone è molto pesante devi dare dei calci più energici. Parallelamente un circuito di questo tipo deve mandare corrente più a lungo per fornire abbastanza energia a un carico più esigente. Spero di essere stato abbastanza chiaro. Anche questo è un sistema retroazionato.
chiedo scusa, ho dimenticato di rispondere alla domanda giusta: elimina i rumori?
si e no… gli unici rumori che può in qualche modo attutire sono quelli dell’alimentazione. che potrebbero presentare un “ripple”, come nell’immagine
http://www.antonine-education.co.uk/physics_a2/options/module_9/Topic_3/ripple_10.gif
Se voglio generare una tensione costante questi dispositivi mi aiutano perchè se ad esempio la tensione di ingresso aumenta di un poco, il “controllore” (non microcontrollore, è un’altra cosa) fa in modo di diminuire il tempo di accensione dell’interruttore che ti dicevo. In questo modo viene “reiettato” il rumore di ripple
Grande, come al solito la Texas Instruments crea dei circuiti integrati sempre potenti e utilizzabili in tante applicazioni diverse. con un possibile carico da 25 ampere, utilizzerei questo IC sicuramente per controllare un motore, peccato solo che, a quanto vedo, ne servirebbero 2 per il controllo di un motore passo passo, ma poco importa, l’importanza sono le potenzialità che può dare questo dispositivo.
L’errore è nel condensatore di ingresso che deve stare a valle dell’interruttore
Già la Linear Tech mi aveva impressionato anni fà con questo DC-DC
http://www.linear.com/product/LTM4600
Praticamente da 12V a 5V fino 10A in un package BGA.
Ora anche TI vedo ben presente in questo tipo di convertitori integrati (anche se il TI sembra abbia bisogno di qualche componente esterno in più)