Mantenimiento del voltaje de salida LM2596 con interruptor

Estoy simulando un regulador de voltaje CC-CC LM2596 para obtener una salida de 5 voltios con una carga de 5 ohmios (1 amperio). El circuito se muestra a continuación:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

En mi simulación, después de activar el interruptor después de que el LM2596 haya alcanzado un voltaje estable, el voltaje de carga después del interruptor aumentó a alrededor de 6,6 V antes de estabilizarse a alrededor de 4,968 voltios. Estoy tratando de mitigar ese pico agregando un capacitor y un diodo zener antes del interruptor para mantener el voltaje de carga en aproximadamente 5 voltios. Sin D3 y solo C5, aumenta a 5,5 V antes de establecerse en 4,968 V, y con D3 y C5 juntos, se reduce a 5,04 V y se establece en 4,965 V en cuestión de milisegundos. ¿Es este un buen método para 'estabilizar' el voltaje de carga cuando se usa un regulador y un interruptor? ¿Cuáles son algunos inconvenientes de usar un diodo zener en este método?

EDITAR: El modelo SPICE que estoy usando en mis simulaciones es un regulador ajustable que configuré en 5 V usando un divisor de voltaje, pero el IC que planeo usar está fijo en una salida de 5 voltios. Eso es lo que estoy mostrando en mi esquema, un regulador de voltaje fijo.

EDITAR: estoy basando mi circuito en el esquema recomendado de TI, un regulador de voltaje de salida fijo. La imagen está a continuación, pero utilicé la herramienta webbench de TI para obtener los valores que se muestran en mi esquema anterior.

Esquema recomendado

EDITAR: a continuación se muestra una simulación de la forma de onda de CC de salida en la carga. Usando una entrada de 15 V, simulé cuatro variaciones diferentes del LM2596. El primer gráfico muestra las piezas recomendadas de la hoja de datos, mientras que los otros tres muestran las sugerencias de piezas de Webbench con y sin filtro posterior a la ondulación, así como un pequeño condensador de 10 nF en la carga en el último gráfico.

ingrese la descripción de la imagen aquí

??? antes de establecerse en 5.968 V ???
@Andyaka Lo siento, mi error. Arreglado. Error de tipografía.
¿Puedes agregar formas de onda para ver qué está pasando?

Respuestas (2)

¿Es este un buen método para 'estabilizar' el voltaje de carga cuando se usa un regulador y un interruptor?

Todos sus problemas provienen del LC adicional que ha agregado, a saber, L2 y C4 + C5. Juntos, convierten un filtro de paso bajo en un circuito sintonizado hiperresonante que resuena a 3,85 kHz y tiene un factor Q de casi 70. Cualquier cambio de paso en la carga causará problemas significativos de timbre y sobrevoltaje en su salida.

Parece que vas por el camino de colocar una araña para que atrape una mosca y luego enviar al pájaro para que atrape a la araña. Debe dar un paso atrás y averiguar por qué ha introducido L2.

Por cierto, no intente usar esto dentro del circuito de retroalimentación del chip de conmutación porque solo creará un oscilador.

Gracias por su respuesta. L2 y C4 son parte de un circuito de filtro posterior a la ondulación opcional sugerido por TI. Lo introduje para reducir la ondulación en la salida, pero dado que dijiste que podría ser parte del problema, estoy ejecutando algunos simuladores para ver si el circuito sugerido por TI es mejor que el que estoy ejecutando.
Realicé algunas pruebas más con y sin el filtro de ondulación opcional que mencioné, y parece que la adición del filtro suaviza el voltaje en la carga de salida, reduciendo el voltaje de ondulación en la salida. Sin ese filtro, siendo la tensión nominal de 5 voltios, la tensión de salida oscila entre 4,23 y 5,28 V. Con el filtro baja a
Lo siento, presioné el botón equivocado. Con el filtro, el voltaje de salida aumenta a 6,53 V, pero después de 1,3 ms, baja a entre 4,97 y 4,96 voltios. Tal vez sea mi modelo SPICE, pero ¿el LM2596 fijo es conocido por el voltaje de ondulación en la salida? Además, ¿qué ibas a decir al final allí?
Que extraño. Tal vez fue una oración deshonesta que comencé y que se perdió en el camino.
El voltaje de ondulación es una característica de los reguladores reductores como cualquier regulador de conmutación.
Publiqué mi circuito de simulación, mostrando comparaciones entre los valores originales recomendados en la hoja de datos y lo que se calculó con la herramienta webbench de TI. Puede ver en el segundo y tercer gráfico cómo el filtro ondulado marca la diferencia, aunque esos gráficos usan valores de la herramienta webbench de TI. Lo que estoy tratando de reducir es el pico repentino debido al interruptor, como se muestra cuando se enciende el interruptor.
Esas formas de onda parecen formas de onda de inicio. ¿Puede explicar cuál fue el papel del interruptor de carga? ¿Estaba cerrado todo el tiempo o solo se cerró en el punto donde las formas de onda comienzan correctamente? ¿O las formas de onda muestran la respuesta general de encendido con el interruptor de carga siempre cerrado?
Los interruptores estaban abiertos al principio, y se cierran cuando el tiempo de simulación llega a cierto tiempo, aquí 2 ms (arbitrario). Le di al IC algo de tiempo para subir a un voltaje constante y luego introduje la carga. Lo que muestran las formas de onda es el voltaje de salida de carga de todo el tiempo de simulación desde t=0. Por lo tanto, tiene una salida de 0 V hasta t = 2 ms, cuando se cierra el interruptor.
Bien, es posible que necesite un condensador de aceleración en la resistencia de retroalimentación (3.065 kohm). Pruebe con 10 pF para empezar y luego debería comenzar a mejorar gradualmente. No debería llevar mucho tiempo hacerlo en tu sim.
Gracias. Ese capacitor a través de la retroalimentación aceleró las cosas. Ejecutando algunos sims más y cambiando algunas partes, estoy empezando a pensar que el filtro opcional está arruinando las cosas, como dijiste. Cambiar ese diodo de captura y aumentar el capacitor de salida hace una diferencia significativa. La pregunta que me preocupa ahora es ¿cuánta flexibilidad hay al elegir las piezas? Los cambios que estoy haciendo van en contra de lo que recomienda TI, pero funcionan en simulación y se deben al costo y al tamaño. ¿Es eso necesariamente un problema cuando se diseña con reguladores reductores?
El problema es que la parte de TI fue desarrollada por National Semiconductor y TI los compró probablemente hace casi diez años y, por supuesto, puede haber muchas cosas contradictorias. Existen mejores reguladores que tienen un voltaje de ondulación mejorado porque funcionan a velocidades de conmutación más altas. Oye, el 2596 fue el rey en su día y estaba muy contento de usarlo a finales de los años 80 y 90.
Gracias por su respuesta. Supongo que estoy demasiado preocupado por elegir las partes equivocadas y hacer que mis esfuerzos sean un desperdicio, aunque supongo que esto viene con el territorio siendo un primer borrador y todo. La simulación parece tolerable para mis necesidades, por lo que tal vez funcione por ahora. No sabía que esta parte es tan antigua.
aquí hay una hoja de datos de Nat semi 2002 pero, en su versión anterior a través de un pin, estaba dando vueltas a mediados de los 90, si no antes. La gama de "conmutador simple" de National Semiconductor comenzó en 1990, lo acabo de comprobar, por lo que está utilizando tecnología de 30 años con posiblemente algunos avances. No lo estoy tirando a la basura (como ciertamente lo haría si alguien propusiera usar un amplificador operacional LM741), pero, a lo largo de 30 años, habrá información buena y mala. Si está satisfecho con el modelo Y parece hacer el trabajo, utilícelo. Probaste con 10pF?
Sí, la adición de un capacitor de 10 pF en la retroalimentación y la salida (en paralelo con la resistencia de retroalimentación en mi simulación que no es 1K) ayudó en mi simulación al acelerar las cosas. Gracias por eso, aunque idealmente usaré la versión fija de 5 V, por lo que simplemente conectaría directamente el pin de salida al pin de retroalimentación como en la hoja de datos. Lo elegí porque parecía satisfacer mis necesidades como fuente de alimentación y es asequible.

Definitivamente necesita condensadores más grandes en la entrada. Comience con 100uF y vea cuánto ayuda, luego 220uF, luego 470uF.
Tu C3 también parece pequeño.
Finalmente, debe tomar la retroalimentación de la salida (en C4), no antes.

EDITAR: he vuelto a leer una parte de su pregunta y me di cuenta de que me había perdido la parte sobre el cambio (ing) que causa el problema. DOH!
Intente agregar un condensador pequeño (como 100nF a 10uF, vea qué rango de valores funciona) en la salida DESPUÉS del interruptor, AL LADO de la carga. Sospecho que el interruptor/rebote de contacto y la inductancia del cable.

Además, no debe enfatizar demasiado las simulaciones, ya que a menudo muestran un problema que no existe en un circuito del mundo real, o pasan por alto un problema que SÍ existe en el mundo real.

Gracias por su respuesta. Estaba basando mi circuito en el diseño recomendado de TI, cuyos valores se eligieron gracias a la herramienta webbench de TI. Creo que entiendo lo que quieres decir con tomar la salida en C4, y ejecutaré algunas simulaciones para ver cómo eso cambia las cosas.
Ejecuté algunas simulaciones según lo que dijiste, y al tomar la retroalimentación en C4, el voltaje de salida osciló de 4,996 V a 5,09 V. Tomar la salida en C3 produjo una salida más suave (casi sin oscilación) en alrededor de 4,97 V. Ajustar el valor de C3 dados mis valores actuales parece causar distorsión en la salida incluso cuando lo aumento a un valor mayor.
Acabo de volver a leer una parte de su pregunta y me di cuenta de que me había perdido la parte sobre el interruptor que causa el problema. DOH! Intente agregar un condensador pequeño (como 100nF a 10uF, vea qué rango de valores funciona) en la salida DESPUÉS del interruptor, AL LADO de la carga. Sospecho que el interruptor/rebote de contacto y la inductancia del cable.
Publiqué mi circuito de simulación, mostrando comparaciones entre los valores originales recomendados en la hoja de datos y lo que se calculó con la herramienta webbench de TI. Los resultados al agregar un capacitor de 10 nF en la salida se muestran en el último gráfico. Parecía tener un efecto insignificante cuando se veía con las partes anteriores.
10nF es muy pequeño para un circuito de 1A, pero tiene un efecto notable. Pruebe 100nF, 1uF y 10uF. También es importante qué tipo/química del condensador que está utilizando en valores más altos. Los electrolíticos son lentos, mientras que las cerámicas pueden sonar, por lo que también podría combinar una cerámica de 100 nF-1 uF con un electrolítico de 10 uF. Finalmente, intente aumentar el C4 o Cout a 470uF y en paralelo con una cerámica de 0.1uF-1uF. A menudo verá hasta 3 o incluso 4 condensadores de diferentes valores en paralelo para evitar que suene y porque tienen diferentes respuestas de pulso y alta frecuencia.
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