Dimensionamento circuito di alimentazione

[ricello9]

Ciao a tutti,
in poche righe cercerò di spiegarvi il progetto che ho in mente.
Premetto che ho gia cercato aiuto per questo progetto in una sezione diversa del forum, http://www.electroyou.it/forum/viewtopic.php?t=54530#p532466 ma ovviamente la discussione si è interrotta perché stava prendendo un'altra strada.
A questo punto vi illustro cosa ho in mente;
Dovrei perfezionare la sezione di alimentazione del modulo che ho pregettato per gestire l'apertura e la chiusura di un cancello tramite SMS. So gia che qualcuno mi dirà che vendono prodotti gia pronti per il mio scopo ma io sono convinto che autocostruirlo sia sempre più gratificante, senza contare l'aspetto di apprendimento.
Nel progetto sto usando un modulo GSM SIM900 della simcom, gestito tramite comandi AT da un
PIC18.

In pratica dovrei dimensionare il circuito di alimentazione per fornire corrente a questi componenti:
Un PIC18
Un SIM900
4 Led 0805
4 Transistor MMBT2222ALT1

Il modulo GSM è il più problematico in fatto di alimentazione; riporto qulche informazione presa dal datasheet:

The power supply of SIM900 is from a single voltage source of VBAT= 3.4V...4.5V. In some case, the ripple in a transmitting burst may cause voltage drops when current consumption rises to typical peaks of 2A. So the powersupply must be able to provide sufficient current up to 2A

Sempre nel datasheet propongono un circuito di alimentazione costituito da un regolatore lineare della micrel, il MIC29302WT ma poche righe dopo consigliano l'uso di un regolatore switching per le evidenti differenze di rendimento:

The designed output for the power supply is 4.1V, thus a linear regulator can be used. If there’s a big difference between the input source and the desired output (VBAT), a switching converter power supply will be preferable because of its better efficiency especially with the 2A peak current in burst mode of the module.

Io avevo pensato all'uso di un un regolatore switching in configuarazione step down; piu precisamente
il MC34063A della Texas Instruments.

Ho cercato di essere il più chiaro pissibile nell'esporvi le mie problematiche, comunque adesso aspetto qualche consiglio dagli esperti del forum.

Grazie
Marcello.

[marco438]

Prima di imbarcarsi nell'autocostruzione che, specie per gli switching puo' portare a risultati incerti, io considererei l'impiego di uno step down sul genere di questo; a monte metti un trasformatore adeguato (se lo hai disponibile) ed un ponte o in alternativa un alimentatore switching come questo e con circa 14 euro hai risolto e vivi felice.
L'integrato che hai linkato supporta soltanto 1.5A; sei proprio sicuro che bastino? Quelli suggeriti sono da 3A.
Se vuoi procedere con l'autocostruzione sceglierei qualcosa di pu' performante.

[ricello9]

Ciao marco438, grazie per i suggerimenti.
Le soluzioni che hai postato sono molto interessanti, ma se possibile e con il vostro aiuto volevo provare a costruirne uno per capire le principali difficolta nel progettare uno switching.
Nel descrivere il mio progetto mi sono dimenticato di dire che a monte di tutto ho un alimentatore che trasforma i 230Vac della rete in 12Vdc 2A.
E' da qui che dovrei iniziare la costruzione del mio circuito.
In effetti l'integrato che ho postato può fornire solamente 1,5A, e dal datasheet ho capito che ne servono almeno 2. Quale componente mi suggerite?

[brabus]

Io partirei da un componenti decisamente carino, già usato con molta soddisfazione: il TPS54331.
Il formato SOIC8 si presta facilmente al montaggio manuale, anche su piastre prototipali.
Il generoso datasheet offre anche un ottimo esempio di layout.

Per il corretto dimensionamento del circuito, si possono eseguire tutti i calcoli a mano, grazie alle indicazioni del Datasheet, oppure (consigliato) impiegare il tool di Texas. A più tardi per aggiornamenti!

[ricello9]

Io partirei da un componenti decisamente carino, già usato con molta soddisfazione: il TPS54331.
Il formato SOIC8 si presta facilmente al montaggio manuale, anche su piastre prototipali.
Il generoso datasheet offre anche un ottimo esempio di layout.

Ho dato un'occhiata veloce al datasheet e devo dire che è veramente completo, domani l'ho studio per bene.

Per il corretto dimensionamento del circuito, si possono eseguire tutti i calcoli a mano, grazie alle indicazioni del Datasheet, oppure (consigliato) impiegare il tool di Texas. A più tardi per aggiornamenti!

Seguendo il tuo consiglio ho utilizzato il tool on line di Texas, il WEBENCH.
Questo è il risultato:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

e come valori ho impostato:
Vin min 10V
Vin max 14V
Vout 4.1V
Iout 3A
VRipple out 10mV

Per il layout della scheda ho visto che il datasheet riporta un esempio, domani provo a fare una prima bozza.

Grazie per l'aiuto.
Marcello

[brabus]

Bravissimo.

Partendo dal design proposto, possiamo ottimizzarlo un po'.
Osserva ad esempio i quattro condensatori ceramici da 22 uF all'uscita, che sono dettati dal requisito stringente dei 10 mV di ripple. Io terrei solamente un condensatore ceramico all'uscita, rilassando la specifica sul ripple (30-40mV vanno benissimo) e pretendendo una corrente un po' più bassa (2.2 - 2.5A vanno benissimo), e aggiungerei un filtro LC per ottenere una tensione pulita per il modulo.

Questo ti consente di evitare di mettere troppi condensatori in parallelo, a tutto vantaggio della robustezza meccanica del circuito, nonché del budget (22uF ceramici costano carucci).
Gli altri componenti del circuito li studiamo con calma.

Presso quale pusher ti rifornisci? Digikey spero...

[posta10100]

The power supply of SIM900 is from a single voltage source of VBAT= 3.4V...4.5 V. In some case, the ripple in a transmitting burst may cause voltage drops when current consumption rises to typical peaks of 2A. So the powersupply must be able to provide sufficient current up to 2A

Se non ho frainteso, il modulo richiede picchi di corrente di 2A, ma cosa succede alla tensione in uscita dallo switching se l'unico carico rimasto è il PIC, magari mentre assorbe solo qualche decina di mA?
Il regolatore riesce a far scendere il duty cycle al punto da mantenere costante la tensione?

[brabus]

Oh yes!

Il regolatore è molto veloce, la banda passante dell'anello di controllo dovrebbe assestarsi sui 20 kHz.

Il tool Webench mette a disposizione una marea di dati per caratterizzare il convertitore, è veramente ben fatto!

Per essere ancora più ortodossi, possiamo separare le alimentazioni con ben due filtri LC separati.

Chiaramente, un prototipo è d'obbligo prima del trasferimento sul circuito definitivo. Marcello, come realizzi i prototipi? PCB fresato?

[posta10100]

Oh yes!

Interessante!

[ricello9]

Osserva ad esempio i quattro condensatori ceramici da 22 uF all'uscita, che sono dettati dal requisito stringente dei 10 mV di ripple. Io terrei solamente un condensatore ceramico all'uscita,

schema aggiornato:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Presso quale pusher ti rifornisci? Digikey spero...

I miei pusher preferiti sono RS o Mouser, ma non c'è nessun problema a rifornirmi da DigiKey

Marcello, come realizzi i prototipi? PCB fresato?

Se non troppo complicati li realizzo a casa con la fotoincisione, in caso contrario mando tutto a SeeeStudio visto i costi irrisori.

Ho provato nel simulatore on line della Texas a portare il numero di condensatori da 4 a 1 ma non riesco, allora ho provato a diminuire la corrente in uscita da 3 a 2.2A ma il simulatore mi ha ridisegnato il circuito con 3 condesatori in parallelo sempre da 22uF, abbassando il ripple a 7,66mV.