Una pregunta sobre el dimensionamiento del capacitor para mitigar la ondulación de la salida de un convertidor DC-DC

Como parte de un circuito, quiero alimentar un amplificador operacional LM311 con un suministro único de 5 V CC. Todo el circuito será alimentado por una fuente de 24V DC. Para evitar otra fuente de alimentación, quiero usar este convertidor de CC-CC de 24 V a 5 V para alimentar el opamp. Supongo que este convertidor no requiere ningún disipador de calor. El amplificador operacional extraerá alrededor de 5 mA de este convertidor. Aquí está la hoja de datos del convertidor.

A continuación se muestra la ondulación de la salida de 5 V de este convertidor en acoplamiento de CA sin carga. La ondulación es de alrededor de 1,7 kHz con 40 mV de pico a pico:

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Y aquí debajo está la ondulación nuevamente en el acoplamiento de CA sin carga, pero esta vez usé un condensador electrolítico de 1000uF 25V. En este caso, la ondulación es de alrededor de 80 Hz con alrededor de 10 mV de pico a pico:

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Pregunta:

Usé un capacitor de 1000uF en paralelo con el convertidor y reduje la ondulación como se ve arriba en las salidas del osciloscopio. Pero todavía hay ondulación. ¿Es esta ondulación aceptable? ¿Cuál es el criterio? Quiero decir que para un suministro de 5V es una ondulación pk-pk de 10mV usando el límite de 1000uF bien para esta aplicación (alimentando un opamp)? Y si uso 5000uF o más, supongo que la ondulación se reduce más. Pero, ¿cuál es el límite aquí para el valor del condensador? ¿Existe una metodología que pueda resumir como regla general?

Obtendrá resultados más significativos si prueba usando una carga realista. Muchos convertidores DC-DC cambian sus modos de operación cuando están ligeramente cargados, sacrificando la ondulación por eficiencia. Parece que el tuyo podría estar entrando en un modo de salto de pulso. Si su única carga de aplicación es el comparador único, en realidad podría valer la pena agregar una carga ficticia resistiva para obtener un mejor rendimiento.
Simplemente no quiero alterar la salida LM311 que se usa como comparador. No sé qué ondulación es aceptable para el suministro de opamp.
¿Por qué no pruebas y ves? Sin saber nada sobre su circuito real, todo lo que podemos recomendar es leer la hoja de datos.
Quiero decir, si uso 1000uF, obtengo una ondulación diferente a la que uso sin límite. Me pregunto y quiero aprender en general qué ondulación es aceptable. Cómo cuantificar el tope aproximadamente.
Dado su aparente nivel de conocimiento en esta área, creo que recomendaría que se quedara con un regulador lineal para una carga tan liviana. No existe una regla general cuando se trata de convertidores de modo de conmutación; depende en gran medida de los requisitos de la aplicación específica y las características del convertidor específico.
Ok, déjame preguntarte de esta manera: si eres un amplificador operacional y alguien te alimenta con un suministro de 5 V con una ondulación de 20 mV, ¿esa onda estaría bien para ti? ¿La ondulación máxima aceptable está escrita en las hojas de datos opamp?
Lea la hoja de datos de LM311 para conocer su rendimiento de rechazo de fuente de alimentación. Y tenga en cuenta que la especificación DC PSRR no brinda ninguna orientación sobre la capacidad de LM311 para rechazar picos de 100 nanosegundos provenientes de cables VDD del SwitchReg. Considere usar un comparador diferente al LM311. Es muy probable que oscile.
@analogsystemsrf Además del límite de 1000uF para la salida de 5V del convertidor, usaré un límite de derivación de 100nF para el opamp. ¿Sigue siendo arriesgado?
¿Qué parte de "depende de tu aplicación" no te queda clara? A menos que nos diga algo sobre su circuito (¿un diagrama, tal vez?), ¡no hay nada más que podamos decirle!
La aplicación @DaveTweed es solo un comparador. Todavía no dibujé esquemas. Pero algunos supuestos extraerán 5 mA del suministro. La entrada al comparador serán pulsos con frecuencia. entre 100 Hz a 1000 Hz. ¿Qué necesitas más? Es una aplicación de comparación simple. La salida del opamp se acoplará a una resistencia de 10Meg.
¡Esto es como intentar sacar sangre de una piedra! ¿Qué tipo de precisión (voltaje, tiempo) está tratando de lograr? ¿Cómo se ven sus pulsos y qué está tratando de medir específicamente sobre ellos? ¿Por qué una resistencia de salida de tan alto valor? Por lo que ha dicho hasta ahora, parece que la ondulación de la fuente de alimentación no es un problema.
El modo de salto de pulso, como lo llama Dave, es más como el apagado de PWM con pulso de eructo y osc de relajación de carga de caída. sin carga... pero con carga ascendente hacia 500mA alcanza el modo de salto de pulso. Este diseño se estableció como una carga de 5 mA, en la que un LDO lineal de 12 V tendría más sentido o algo similar.

Respuestas (1)

El problema es que este regulador barato funciona a 2 kHz y Zcap es mucho más alto que 200 kHz, ...

agregado

  • debido a la baja carga de corriente, parece funcionar en modo histérico. Agregar capacitancia de derivación con ESR desconocido reduce la ondulación pero también la frecuencia de relajación, lo que hace que C sea más difícil de reducir la ondulación, por lo tanto, está limitado por el límite ESR.

  • este modo es esencial para que esta clase mejore el margen de fase bajo cargas ligeras. , que dejo para que lo entiendas más adelante. Algunos diseños dictan el rango de límites de carga dentro del circuito de retroalimentación y ESR para no suprimir la retroalimentación de ondulación e inclinarse hacia el circuito abierto. Es por eso que mi segundo esquema muestra el RC "fuera" del circuito de retroalimentación como un LPF con mayor serie R.

Puede comprender el comportamiento examinando las especificaciones de Cap.

Factor de disipación DF = tan δ de tapas electrolíticas de uso general (GP). están estandarizados para puentes rectificadores de 120 Hz y, en general, no implican una ESR ultrabaja. Pero si se especifica ESR, entonces puede ser necesario un ESR ultrabajo especial para suprimir el diente de sierra ondulado (baja frecuencia).

Compare el uso de un límite GP 1000 uF con 350 mΩ y un límite ESR ultrabajo de tantalio 1000 uF con un efecto de 10 mΩ en la atenuación de ondulación con una fuente de regulador reductora estimada ESR = 100 mΩ.

  • Si la regulación de carga para 500mA en 5V es 1%, entonces Vdc cae 1% o 50mV /500mA=100mΩ ESR

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Entonces, ¿qué preferiría un límite de 1 mF de ESR ultrabajo de 10 ~ 20 mΩ o agregar algunos ESR de la serie Ω para su carga de 5 mA para reducir la ondulación?

NB Primero defina sus especificaciones lo que necesita

  • % ondulación o +/-mVpp máx.
  • % de error de regulación de carga (ok)

  • % de tolerancia o +/-mV máx.

    • Luego diseñe la relación de impedancia para lograrlo.

    • Luego elige partes

    • *aprende a recordar el rango de ESR * C = Ts para diferentes compuestos químicos de tapa, al igual que las baterías.*

ps Aunque estimé la ESR del regulador Buck cerca de 100 mΩ, es más complejo como Op Amp con retroalimentación negativa que se reduce con el aumento de f, Zout aumenta con f que incluye ESR y también se ve afectado por el factor de trabajo y RdsOn de Switch.

  • Pero luego, con Zcap(f) en la salida del regulador, la impedancia cae con f, por lo que el efecto neto puede ser bastante plano. (argumento agitando la mano)

Entonces, ¿qué número de pieza de tapa eligió? y cual fue la ESR?

Me perdí el cambio en f de diente de sierra con una carga de 1 mF. Por lo tanto, ignore las estimaciones en ESR y siga el flujo del análisis de impedancia (f) y examine las diferencias de Cap ESR, DF. Defina las especificaciones primero, no una ocurrencia tardía.
¿El regulador Buck funciona a 2kHz? Pero la hoja de datos dice que la frecuencia de conmutación en Vin = 24V es 570 KHz typ. docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/10a2/…
Parece funcionar en modo hipo con cargas de baja corriente y, por lo tanto, la frecuencia de ondulación cae con el voltaje de ondulación detectado como un oscilador de relajación de 2 kHz sin carga de 1 mF C (con ESR desconocido) a 80 Hz con ondulación de 10 mV. mirar de nuevo. vuelve a leer mi respuesta
Una pregunta sobre el dimensionamiento del capacitor para mitigar la ondulación de la salida de un convertidor DC-DC
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