Projektowanie zasilaczy impulsowych z użyciem National Semiconductor Webench.pdf

Projektowanie zasilaczy impulsowych z użyciem

National Semiconductor Webench

Wpółczenie, dziki dotpowi do Internetu, rodzi i

nowa klaa programów dotpnych za pomocą

przeglądarki internetowej. Są to nie tylko popularne

programy dla użytkowników domowych, ale również

wspomagające projektowanie. Mają one t ogromną

zalet, że użytkownik zawze ma dotp do najnowszej

wersji, aktualizowanej na bieżąco przez producenta

Tego typu programem jet produkt udotpniany

zupełnie za darmo zerokiemu gronu użytkowników

przez irm National Semiconductor a wpomagający

projektowanie zasilaczy (w tym również do diod LED),

wzmacniaczy, enorów, iltrów i ptli PLL Tu

zaprezentujemy zatoowanie tego jakże intereującego

narzdzia do projektowania impulsowych zasilaczy

nikiego napicia

National Semiconductor na stronie internetowej pod adresem

www.national.com/analog/webench, jeszcze nigdy ich projek-

towanieniebyłotakproteIniemawtychłowachanicienia

przesady.

Webenchtoprogramumożliwiającyaprojektowanieai-

laca(wtymrównieżdodiodLED)enorawmacniaca

iltraiptliPLLJettonardieotyleuniweralneżeumoż-

liwiaaprojektowanieukładuoadanychparametrachnato-

miatkomponentypółprewodnikowedobieraneąoerty

NationalSemiconductorJelichodiopootałeelementy

bierne, to program proponuje i producenta, i symbol, ale jed-

nocenie podaje parametry elementu umożliwiające jego

dobóroertydowolnej firmy. W przypadku zasilaczy z prze-

twarzaniem wymagających atoowania tranormatora

program podaje

rodzaj rdzenia, jego

prenikalnod ma-

gnetycną ora

rednic drutu

nawojowego i licz-

b wojów które

trebanawinąd Dla

wikociprotych

przetwornic propo-

nowane ą jednak

komponenty które

można be wik-

ych problemów

kupidudytrybuto-

rówjakogotowe

Program, a mo-

że racej gotowy

projekt wykonany z

jego użyciem jet

także ródłem becennej wiedy na temat komponentów

ponieważprecitnemukontruktorowitrudnojetogarnąd

oerttakwielkichproducentówjakimjetNational Semicon-

ductoridobradodpowiednieukładydoaplikacji. Tymczasem

programpodpowiadatypyukładówipodajeichpodtawowe

parametrydikicemumożnanaprykładauważydże

wpółceneailaceimpulowewykorytująnawetcto-

tliwociokoło3 MHz, lubżeoerują tym sprawnodrdu

96%Małotego– ctotliwodrobocza nie jest ustawiona na

tałedikicemumożnająmienidwależnociodwyma-

gao tawianych pre ailany obwód Można i również

prekonadżeukładycaloneajmującepowierchniokoło30

mm 2 ądolnedoprewodeniaprądówrdu3DCnie

wymagającprytymżadnegoradiatora oprócpłytkinaktórej

Temat przetwornic impulsowych jest dla pewnego grona

elektronikówbardotrudnym Postrzegająonibudowtego

typu zasilaczy jako bardzo skomplikowaną, gdzie trzeba po

pierwsze samodzielnie wykonadelement indukcyjny a po dru-

giewalcydakłóceniamiimpulsowymi generowanymi przez

tenukładZtegoteżpowodutoująoni stabilizatory liniowe,

któreąbardoprotewużyciualecharakteryująiniką

prawnociąidużymitratami mocy.

Nie jest to problemem, gdy zasilanyobwódpobieramały

prądiróżnicapomidynapiciami wejciowymiwyjciowym

jest niewielkaWówcarelatywniemałetratydająiroz-

proydchociażbywykorytaniemmiedinapłytcedruko-

wanejJednakwinnychprypadkachtrebatoowadodpo-

wiedniradiatorilicyditymżetabiliatorbdiemocno

podgrewał elementy w woim otoczeniu oraz znacząco

wpływałnaichżywotnodWadtychwwikociprypadków

nie majątabiliatoryimpuloweOwem wymagająone

atoowaniawikejlicbyelementówjednakalety tego

typurowiąaniaąogromne, aprypomocynardiapro-

gramowego o nazwie Webench, udotpnianegopreirm

Rys. 2Oknoparametrówailaca

Rys. 1. Okno menu wyboru

Strona 1/5

ąamontowane. Ichdoprowadeniaą

prytymtakdrobneżetrebajewie-

radcynąprylutowaniupotoabymogły

prewodidtakdużyprąd

Zaprojektuj sobie przetwornicę

Program wymaga stworzenia przez

każdego użytkownika uni-katowego

kontaRejetracjpreprowadaiw

typowypoóbpodającnawużytkow-

nikahałoiadres e-mail. Od tego mo-

mentu zarejestrowana osoba dysponuje

włanym proilem umożliwiającym po pierwe dotp do

programu a po drugie archiwiacj danych wykonywanych

projektów łącznie z przeprowadzonymi symulacjami.

Jakłatwodomylid i, projektowanie zasilacza rozpoczyna

iodwkaaniawgłównymokniemenuopcji Power ( rys. 1 ).

Poprawejtronieekranupojawiiokienkoktóreumożliwia

wpisanieparametrówprojektowanegoailacaNależypa-

mitadotymżeroleparatoradieitnegopełnianak

kropkicyliprądowartoci500mnależywpiadjako 0.5 A.

Identycniedlanapid(np33V)Okienkowprowadania

parametrówpojawiaiwwerjiuproconejwktórejmoż-

liwejetpodanieakreunapidwejciowychnapiciaiprądu

wyjciowegooratemperaturyotoceniawktórymbdie

pracowałapretwornicaPowkaaniumaleokiegonakuplu

wobrbieoknaopianegojako View advanced options ukażą

ipolaumożliwiającewprowadeniedodatkowychparame-

trów ( rys. 2 ). Mająoneatoowaniedlapretwornicwielo-

napiciowychJettojednaalettosowania przetwornic –

pojedyncyukładcalonymożegenerowadkilkanapidpry

Rys. 3. Układycaloneproponowane przez program do projektowanej przetwornicy

cymnajcciejjednotraktowanejetjakogłówneikontro-

lowaneCodoretyakładaiżekoronapiciegłównejet

poprawneadogenerowaniaużywanyjettenammecha-

nimtonapicianiekontrolowanerównieżbdąpoprawne

Ocywicienieawemuitobydprawdądlategocto

toujeitabiliatorylinioweałąconenawyjciachpre-

twornicypełniająceroldodatkowychukładówkontrolnych

W programie Webench napiciemgłównymjettoopiane

jako Output Kontruktorpretwornicywieluwyjciachpowi-

nienatemaweroważydhierarchinapididecydowad

którenichbdiewpływadnaptlprżeniawrotnego

Webenchumożliwiaprojektowaniepretwornicomaksy-

malnietrechnapiciachwyjciowychWprowadeniewarto-

ciprądówinapidwpolach Output2 i Output3 jetrówno-

ważne uruchomieniem projektu ailaca dwu- lub trój-

napiciowegoOpróctegomożnawybradcyailacmabyd

wypoażonywwejciewłącające( On/Off Pin ), czy ma sygna-

liowad prekrocenie parametrów pracy np preciążenie

( Error Flag ) i czy ma bydynchroniowanyapomocąygnału

ewntrnego( Sync Pin ). Proste odpowiedzi Yes (tak), No

(nie), Ignore (igno-

rowanetjnieważne)

udzielone przez za-

znaczenie odpo-

wiedniegopolaałą-

cają lub wyłącają

odpowiednie opcje.

Polapełniąrolwe-

go rodzaju filtra za-

wżającego wybór

układów

Po wpisaniu pa-

rametrów i wkaa-

niu opcji Start Design

uruchamiany jest

projekt przetwornicy.

W trakcie pisania

artykułu dotpne

były dwie werje

programu: nowa

(beta) napisana z

użyciem Adobe Flash

oraz stara, wykorzy-

Ry4EektdiałaniaprogramuWebenchwpotacichematupretwornicy

Strona 2/5

Rys. 5. Analiza Load Transient iprykładowywykreU WE (t) i U WY (t)nałożonenaiebie(ttnieniaU WY ok. 100 mV)

nentu uruchamia

właciwy projekt

przetwornicy ( rys. 3 ).

Ocywiciejakkażdy

dobry program, tak i

Webench zawsze

umożliwia użytkow-

nikowi nie tylko

drog„wpród”ale

równieżconiciei

i mian parame-

trów elementów i

kryteriówwyboru.

Użytkownik mo-

żealenie musi kie-

rowadiugetiami

producenta Może

na prykład twier-

did„Mamwmaga-

zynie LM5000 i to

włanietegoukładu

chc użyd” Jeli

tylko znajdujeion

na licie propono-

wanych na samym dole komponentówwystarczy go odszukad

i wskaad– wówcatowłanietenukładotanieużyty w

projekcie. Możnanapotkadjednakttrudnodżepoiadany

układwymieniony jest naliciealepryjego nazwie brak jest

opcji wyboru. W takiej sytuacji powodem najczciejązada-

ne parametry granicnewiąanebądtomocądotarcaną

do obciążeniabąd wartociąnapicia wejciowego lub

innymiJednymłowemukładracejnienadajeidoprojek-

towanego zasilacza. Jelibrakgonaliciewówcanienadaje

icałąpewnociąDla potrzeb projektowanej przetwornicy

wybranoukładLM25574 sugerowany przez programkierując

ijegoodpornociąnakrótkieimpuloweakłócenianapi-

cia wejciowego.

Kolejny obraz wywietlanypreprogramtojużchemat

gotowej przetwornicy ( rys. 4 ). Nagóreekranuumiecono

pasek menu ( ramka 2 )umożliwiającyużytkownikowiłatwe

poruanieiwobrbieprogramumianprojektowanego

układuanakoocuodyłającego użytkownikadoopcjiakupu

wktórejmożnanabydtakgotowąaprojektowanąpretwor-

nicwpotaciukładuewaluacyjnegojakikomponentypół-

przewodnikowe produkcji National Semiconductor lub zamó-

tującajyk Java Script . Ten opis dotyczy nowej.

Prykładowyprojekt zasilacza wykonano po wprowadzeniu

natpującychparametrówroboczych: -zasilanie od 21 do 27

VDC; -pojedyncenapiciewyjciowe5Vpryprądzie 0,5 A; -

temperatura otoczenia45°C -brak sygnaliacjibłduiyn-

chroniacjialewejciemumożliwiającymałącenie/wyłą-

czenie.

Po wybraniu Start Design narodkuekranupojawiai

okno z układamiproponowanymidoprojektuNaamejgóre

wywietlaneąkryteriawyborudanegokomponentunieco

niżejjegopodtawoweparametry (wrakoniguracjąw

którejbdiepracowadpretwornica– ramka 1 ). Na samym

dole umieszczona jest cenaukładucalonegodopretwornicy

Należyjątraktowadjakoorientacyjnąponieważjettokot

akupu układu u

producenta, po speł-

nieniu pewnych wa-

runków Ponowne

wybranie Start Desi-

gn już pry nawie

wybranego kompo-

Ramka 2. Opcje menu programu Webench

Odlewej1)powrótdopocątkuprojektu2)wprowadenielubmodyikacjaparametrów

przetwornicy, 3)preglądlityukładów4)preglądproponowanychprojektów5)wybór

projektu, 6)tworzenie schematu przetwornicy, 7)mianaparametrówpretwornicy(praw-

nodctotliwodpracyitp), 8)wywietleniekomponentówwymaganiamidotycącymi

ich parametrów9)uruchomienie symulacji elektrycznej, 10)uruchomienie symulacji ter-

micznej, 11)akupkomponentówlubamówieniepróbek, 12)drukowanie opracowanej

konstrukcji.

Strona 3/5

Ramka 1. Topologie przetwornic

Buck lub Step down – przetwornica

obniżającanapicieelement induk-

cyjnytodławik

Boost lub Step up – przetwornica

podnoącanapicieelementinduk-

cyjnytodławik

Inverting – pretwornicaodwracająca

polaryacjnapiciawejciowego

wykonywanaużyciempojemnoci

lubwypoażonawdławik

Flyback – przetwornica przeciwbież-

nanajcciejproponowanawai-

lacachmającychwielenapidwyj-

ciowychiwówcawymaganiaa-

stosowania transformatora

Rys. 6Modyikacjaparametrówkondensatora

któregopracujeUykaneprebiegiąwykalowaneidiki

temu można etymowad podiewane wartoci ( rys. 5 ).

Opróctegowykreymożnanakładadnaiebieoberwując

napiciaiprądyależnewróżnychpunktachobwoduMożna

równieżmodyikowadparametrykomponentówioberwowad

jakwpływająonenajakodpracypretwornicyLitparame-

trówuykujeipodwukrotnymklikniciunaymboluele-

mentu. Wybranie klawisza Edit powlanaichmian( rys. 6 ).

Ocywiciecharakterytyki wykrelane ąnapodtawie

matematycznych modeli elementówSymulacjaprypomina

trochtwykonywanąprepopularnyprogramPSpiceZu-

pełnąnowociąwprogramiejetprojektpłytkidrukowanej

którydotpnyjetdlaniektórychpretwornic w formacie

Altium DesignerUżytecnodtakiegoprojektuwwikoci

prypadkówogranicaicoprawdadopodejreniajaknależy

wykonadpołącenia wewłanymurądeniuponieważprze-

twornica racejnajdowadibdienapłytcedrukowanej

wraz z innymi komponentami. Jednak jest jeszcze jedna bar-

doważna ymulacjadlaktórejniemierniitotnyjetprojekt

płytkiJettosymulacja termiczna.

Program uwgldniając zadane parametry przeprowadza

ymulacjtermicnąwywietlającetymowanemakymalne

temperaturykomponentówprymakymalnymprądieobcią-

żenia. Symulacja umożliwia kontruktorowi elektronikowi

otatecnąocenaprojektowanejpretwornicy. Po prawej

tronieekranuumieconoeregróżnychopcjiumożliwiają-

cychokreleniewarunkówpracypretwornicytojetorienta-

cjipłytki ( Board Orientation ), temperatury od spodu ( Ambient

Temperature On Bottom) iodgóry ( On Top ), sposobu w jaki

prepływapowietrechłodącepłytk ijakąmaprdkod

(pole Air Flow ) oratemperaturykrawdie(pole Edge Tempe-

ratures )dlaprypadkówwktórychpłytkaumieconajet

blikorogrewającychiobwodów

Możnatakżewprotyitanipoóbprekonadi jak

wpływaw czasie pracy natemperaturukładuchociażbygru-

widichpróbki

Waadiewtymmomenciemożnabybyłojużakoocyd

opis. Wielokrotniewypróbowałemżemożnaauadpodpo-

wiadanemu schematowi ibudowadnajegopodtawieunk-

cjonalnąpretwornicNiemniejjednakaktualna wersja pro-

gramu poiadaróżneciekaweopcjedladociekliwychktóry

chcąprawdidjakichukładbdieachowywałiwależ-

nociodparametrówatoowanychkomponentów Wybra-

nieopcjiymulacjielektrycnejukładuumożliwiaprelede-

nie szeregu charakterystyk i przebiegówtak jakby do funkcjo-

nującegoukładudołąconoocylokoplubwykonanoereg

pomiarówinatejpodtawiewykrelonoodpowiedniecharak-

terystyki. Przy obliczaniu niektórych charakterytyk treba

ubroidiwcierpliwodponieważtrwaokoło35minut(np

Load Transient tjprebieginapidiprądówwiąanychob-

ciążeniem)Obliceniawykonywaneąpreerwernato-

miatużytkownikotrymujeich wynikiDikitemuybkod

pracyprogramuniejetależnaodjakocikomputerana

którymgouruchomionoiytemuoperacyjnegopodkontrolą

Ry7Symulacjatermicnagrubodmiedi 0,07 mm

Rys. 8Symulacjatermicnagrubodmiedi 0,14 mm

Strona 4/5

Rys. 9. Symulacjatermicnapretwornicyoprawnoci84%if K =787,5 kHz

którejrogrewająikomponenty. Np. dioda Schott-

kywcaiepracyrogrejeiażdobliko70°C (przy

ałożonej wceniej temperature otocenia 45°C)

Możetobydprycynkiemdoroważeniapoobujej

montażuorarodajutoowanegowotatecnym

produkcie komponentu. Ronąteżtratywrdeniu

alemożeonteżbydmniejyPryjecewyżych

ctotliwociachbardoctoreygnujeirdenia

ferrytowego na rzecz cewki powietrznej, wykonywanej

ctokrodjakonadruknapłytcewielowartwowej

Wyża prawnod proponowanego rowiąania

wiążeiobniżeniem temperatury pracy ale jedno-

cenietrebaużyddławikaodużowikychromia-

rachUkładajmiewicejmiejcaaleprawdopodob-

nielepiejnadajeidoatoowaoproejonalnych

ponieważukładcalonypretwornicyrogrewaiw

caiepracydoniepełna56°Catemperaturarety

komponentówjetbliżonadotemperaturyotocenia

Rys. 10. Symulacjatermicnapretwornicyoprawnoci89%i K =150 kHz

Podsumowanie

Niepoóbwramachtejkrótkiejpreentacjia-

wredopiuwytkichunkcjiprogramuWebench

Zachcamdoamodielnychekperymentówdobu-

dowyróżnychchociażbywirtualnych przetwornic na

prób Jet to poucająca lekcja elektroniki diki

którejmożnaanajomidinietylkooertąnowo-

cenychkomponentówalerównieżoberwowadnie

ponoącpraktycnieżadnychwydatkówjakparame-

try komponentów rutują na prac całego układu

Ocylogramywykreycharakterytykiąnaprawd

wartociowymródłeminormacjiwłacaże jak

twierdiłem w praktyce pry achowaniu aleceo

odnoniepoobuwykonaniapłytki drukowanej, wy-

wietlanenapodtawiemodeliparametrynieodbie-

gająodreultatówpomiarówrecywitegounkcjo-

nującegoukładuMylżew tenpoóbłatwiejb-

dierównieżpodjąddecyjcyatoowadgotową

pretworniccyteżbudowadwłaną, mającolidne

podstawy w postaci wykauelementówi wyników

ymulacji które to można konrontowad oertą

rynkową MnieWebenchumożliwiłbebolenewej-

ciewwiatamodielniebudowanychailacyim-

pulowychTocoupełnieinnegoniżbedunanota aplika-

cyjna wydrukowana na kartce papieru.

bodmiedinaatoowanymlaminacie ( rys. 7 i 8 , opcja

Copper Weight ) cywybranactotliwodpracy przetworni-

cy. Możnawreszcie prawdidjakuykujeiwyżąpraw-

nodprzetwornicy bemianyamegoukładucalonego, jakie

parametryulegnąmianieicymożnabudowadpretwornic

tychamychkomponentów biernychjakicymieniiw

wiąkutymtemperaturajejpracy?

Prykładtakiejymulacjiwykonanejdlapretwornicyo

prawnoci84%( rys. 9 ) i 89% ( rys. 10 ) przedstawiono na ko-

lejnychryunkachŁatwoaoberwowadżemniejapraw-

nod to w prypadku projektowanej pretwornicy także

mniejejejwymiaryjednakroniectotliwodrobocza (ze

150 kHz do 7875kH)ijednoceniewratatemperaturado

Jacek Bogusz

jacek.bogusz@easy-soft.net.pl

Strona 5/5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: