Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

Moderatori: Foto Utentecarloc, Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteIsidoroKZ, Foto UtenteBrunoValente

2
voti

[1] Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentedavidde » 31 ago 2009, 11:36

Ciao a tutti,

come da titolo ho l' esigenza di stabilizzare a 5V partendo dalla tensione di una batteria al piombo da 6V.
Il problema è questo: quando la batteria è carica la tensione ai suoi morsetti è di 6,5V man mano che si scarica la tensione scende fino al limite di batteria scarica che è a circa 5,4V.

Il regolatore che sto usando è l' LDO03. Questo regolatore funziona egregiamente fino a che la batteria è carica ma quando comincia a scaricarsi la tensione scende (quando è sotto sforzo) fino a circa 4V.
In queste condizioni il regolatore non funziona più correttamente dandomi in uscita una tensione sempre inferiore a quella di alimentazione. D' altra parte un' LDO è uno stabilizzatore a low dropout e quindi avrà sempre una caduta di tensione tra il tensione in ingresso ed il tensione in uscita.

Ho cercato a lungo un dispositivo che potesse andarmi bene ma senza successo. Il fatto è che di integrati che possano funzionare come step down oppure come step up ne esistono tanti ma hanno sempre bisogno di una differente configurazione dei componenti esterni che lo facciano lavorare o come step down o come step up. Non ho trovato alcun componente che passi in automatico da un tipo di funzionamento all' altro.

La domanda è quindi questa. Per far lavorare il mio regolatore correttamente come mi devo comportare?

1- Abbasso la tensione della batteria con uno step down a 2 o 3V e poi la prelevo per inviarla ad uno step up che possa alzarla e stabilizzarla a 5V. In questo modo aggirerei l' ostacolo visto che i 3V sono sempre presenti indipendentemente dallo stato di carica dell' accumulatore.

2- Utilizzo uno step up che elevi la tensione variabile della batteria fino a 8-10V e poi stabilizzo con un regolatore lineare a 5V.

3- Ritengo scarica la batteria quando sotto carico mi arriva sotto alla soglia di funzionamento del mio regolatore quindi sotto ai 5,5V. Quest' ultima condizione è poco soddisfacente visto che la durata della batteria verrebbe limitata non per effettiva scarica ma per i limiti legati al regolatore.

Secondo voi qual è la soluzione migliore?

Ciao e grazie!

P.S.
Questo argomento è sempre relativo all' elettroutensile a batteria ma visto che non ho trovato informazioni a riguardo ho preferito aprire un nuovo topic così che possa essere utile anche ad altri.
Avatar utente
Foto Utentedavidde
13,0k 4 9 12
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3926
Iscritto il: 2 ago 2007, 11:40
Località: Bologna

1
voti

[2] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentebrabus » 31 ago 2009, 12:07

Ciao David. Interessante il tuo problema.

Ho guardato le alternative che propone RS in merito ai convertitori cc/cc "già pronti", ma tutti i prodotti che farebbero al caso nostro costano parecchi $$$, e soprattutto integrano dei convertitori completi, che puoi realizzare anche per conto tuo.

Ho "incontrato" anche questo prodotto: http://it.rs-online.com/web/search/sear ... &R=6201271
Ti permette di accettare appena 0.2 V di drop out!
Di quanta corrente hai bisogno (l'integrato "tira" fino a 250 mA...)?

L'idea che mi veniva era questa: un amplificatore operazionale adatto a funzionare anche a tensione ridotta (es. 2.5 o 3.3V), come questo: http://it.rs-online.com/web/search/sear ... &R=6605538
Possiamo sfruttare l'operazionale come regolatore per un MOSFET di tipo P usato come "regolatore serie" (Source verso l'alimentazione). Pensavo al P-MOS perché è più facile generare il comando di gate; con il gate a massa ottieni la piena accensione del MOSFET. Riferimento a 2.5 V, partitore in retroazione dall'uscita e stop.

Questo documento spiega un po' di cose: http://jpkc.szpt.edu.cn/2008/wince/Uplo ... me=slua429
Alberto.
Avatar utente
Foto Utentebrabus
20,5k 4 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2900
Iscritto il: 26 gen 2009, 15:16

2
voti

[3] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentedavidde » 31 ago 2009, 13:19

Ciao brabus, grazie mille per la risposta!

Allora il problema fondamentale è questo.
Quando la batteria comincia ad avvicinarsi alla scarica completa (ipotizziamo per esempio che abbia ancora un 30% di carica) succede che nel momento in cui collego il carico la tensione ai suoi morsetti scende all' incirca a 4V. Qualsiasi regolatore LDO quindi non può andare bene poiché anche ipotizzando che abbia caduta nulla la tensione che mi fornisce in uscita non potrà mai superare quella in ingresso. Succede quindi che se entro con 4V il mio LDO03 stabilizza bene ma a una tensione comunque inferiore, il microcontrollore (che può lavorare fino a 3V) perde i riferimenti del convertitore A/D e tutto il sistema di misura mi va in palla.

Sfogliando per giorni i vari cataloghi on line mi sono reso conto di un' aspetto che trascuravo. I regolatori LDO per loro natura (come poi dice il nome) hanno bisogno di una caduta di tensione tra in e out. Se guardi le principali caratteristiche del mio regolatore:

LDO03.png
LDO03.png (47.28 KiB) Osservato 7254 volte


si nota che accetta in ingresso tensioni comprese tra i 3 ed i 13,8V e restituisce in uscita tensioni regolabili tra gli 0,59 e i 5,1V. Fin qui nulla di strano. Quello che mi ha sorpreso (anche se poi da sorprendersi non c' è nulla) è che il tutto funziona se la tensione d' ingresso è maggiore di quella di uscita. In poche parole il circuito non ha la funzione di step up e quindi fornisce in uscita la tensione d' ingresso meno il dropout. Credo inoltre (ma è soltanto una mio "presentimento") che molti (se non tutti) convertitori cc-cc possano lavorare soltanto come step up o come step down a seconda della configurazione circuitale esterna.

Alla luce di quanto detto ho paura che anche la bella idea del mosfet usato come regolatore serie sia difficile da applicare poiché quando la tensione scende sotto ai 5V anche se l' operazionale può ancora funzionare non ho tensione di alimentazione sufficiente per ottenere in uscita i 5V. L' idea che mi sono fatto è proprio quella che non esistano (a meno di non spendere cifre folli) circuiti che possano "decidere" in funzione della tensione di alimentazione se lavorare come step down o come step up.

L' unica soluzione che mi sembra sensata è quindi quella di prendere uno step up che possa funzionare con una tensione di ingresso minima di 3V e che mi fornisca in uscita una tensione di almeno 7-8V. Tenendo un' occhio al prezzo avevo visto questo: TPS6734ID che è molto simile a quello che hai indicato tu con l' unica differenza che questo è proprio uno step up mentre l' altro è un LDO.
Una volta ottenuti in uscita i 12V potrei tranquillamente stabilizzare in modo lineare utilizzando ad esempio un UA78L00.

Credo che usando una soluzione del genere e selezionando bene i componenti esterni l' alimentatore alla fine non verrebbe a costare più di 3-4 Euro, un prezzo tutto sommato accettabile visto quello che deve fare.

Cosa ne dici ?

Grazie ancora!
Avatar utente
Foto Utentedavidde
13,0k 4 9 12
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3926
Iscritto il: 2 ago 2007, 11:40
Località: Bologna

1
voti

[4] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentebrabus » 31 ago 2009, 13:45

Ops! #-o
Non avevo pensato al fatto che la tensione della batteria scende al di sotto dei 5 V! #-o

In effetti dobbiamo escludere qualsiasi tipo di regolatore lineare. A questo punto, nell'ottica di contenere massimamente il costo e la complessità (e quindi la fragilità) del progetto, io farei proprio come hai pensato tu: un convertitore boost (o step-up che dir si voglia) che innalzi la tensione della batteria fino a 8 ~ 10 V, da regolare successivamente con un 78xx.

L'ideale sarebbe un convertitore di tipo buck/boost, che può innalzare o abbassare la tensione al carico.
Se non erro anche i convertitori SEPIC e di Cùk funzionano così; l'unico "problema" è il dimensionamento di una efficace rete di controllo. Non so se convenga progettare da zero un convertitore del genere... :| Ripassando a fondo un paio di libri che ho qui dietro le spalle potrei darti una mano (il metodo studia-e-dimentica ha i suoi vantaggi ma non perdona #-o ).. Hai già avuto a che fare con progetti simili?
Un regolatore di questo tipo ti garantirebbe una dissipazione veramente contenuta (a proposito, di quanta potenza devi disporre?).

Se invece "il gioco non vale la candela", e riprendiamo l'idea dello step-up, rimane il "problema" del controllo.
Secondo me non ha senso progettare un convertitore boost tanto preciso, perché poi comunque dai tutto in pasto ad un regolatore lineare...
Possiamo pensare anche solo ad un convertitore boost che io definisco "crazy horse": duty cycle fisso, e caratteristiche dinamiche dipendenti unicamente dalle non idealità dei componenti utilizzati.
Chiaramente "a carico" la tensione cala un po' rispetto al calcolo teorico, ma anche supponendo di fissare un duty-cycle di 0.5 con l'obiettivo di raddoppiare la tensione di alimentazione, e supponendo che le non idealità influenzino per il 20 - 30% le caratteristiche del rapporto di conversione, nel caso peggiore rimani sempre sopra i ~ 6 V. Sfruttando il regolatore che già stai usando dovresti comunque disporre di un'alimentazione accettabile.

Per semplificare ancor di più il tutto, sempre supponendo di voler raddoppiare la tensione di alimentazione, possiamo valutare anche l'idea di un convertitore "a pompa di carica" (l'avrai già sentito nominare, in sostanza carichiamo ciclicamente e mettiamo in serie 2 condensatori di capacità sufficiente), ma ci dobbiamo accontentare di correnti abbastanza ridotte (la butto là, un 100 - 150 mA al massimo).

Che ne dici?
Alberto.
Avatar utente
Foto Utentebrabus
20,5k 4 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2900
Iscritto il: 26 gen 2009, 15:16

0
voti

[5] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utenteginfizz » 31 ago 2009, 13:52

La soluzione piu' elegante sarebbe quella di un alimentatore switching stabilizzato in tensione. Dato che ti serve a da quel che ho capito una piccola potenza ( < 100 mA)lo potresti farlo anche tu: immaginati un circuito come quello del led, di cui si parlava, ma piu' potente magari con due transistor in pushpull e primario con presa centrale. Un secondario In uscita e dopo raddrizzamento e livellamento uno zener da 5 volt , che appena antra in conduzione riduca la polarizzazione di base dei due transistor tramite un terzo transistor. Dovrebbe essere progettato per fornire, senza la reatroreazione fornita dall zener, almeno 8 volt.
Io non avrei il tempo di progettarlo ma potrei disegnarti uno schema di base.
Avatar utente
Foto Utenteginfizz
310 1 4 9
Expert EY
Expert EY
 
Messaggi: 995
Iscritto il: 21 apr 2007, 9:30

2
voti

[6] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentedavidde » 31 ago 2009, 14:00

Scusami, avevo scritto nel messaggio precedente che la corrente è di circa 100mA poi mi si è cancellato tutto e mi sono scordato di riscriverlo. Questa sera verifico ma da vecchi dati mi sembra che la corrente stabilizzata non fosse superiore ai 100mA anzi probabilmente all' incirca la metà. Almeno non ci sono grossi carichi ...

Ti dico la verità non credo convenga progettare da zero un alimentatore del genere anche perché a quanto sembrerebbe non richiede particolari accorgimenti.

Brabus scrive:
Se invece "il gioco non vale la candela", e riprendiamo l'idea dello step-up, rimane il "problema" del controllo.
Secondo me non ha senso progettare un convertitore boost tanto preciso, perché poi comunque dai tutto in pasto ad un regolatore lineare...
Possiamo pensare anche solo ad un convertitore boost che io definisco "crazy horse": duty cycle fisso, e caratteristiche dinamiche dipendenti unicamente dalle non idealità dei componenti utilizzati.
Chiaramente "a carico" la tensione cala un po' rispetto al calcolo teorico, ma anche supponendo di fissare un duty-cycle di 0.5 con l'obiettivo di raddoppiare la tensione di alimentazione, e supponendo che le non idealità influenzino per il 20 - 30% le caratteristiche del rapporto di conversione, nel caso peggiore rimani sempre sopra i ~ 6 V


Qui hai pienamente ragione vista la stabilizzazione lineare a valle, lo step up non deve essere precisissimo, basta soltanto che garantisca una tensione d' uscita minima di 6-7V.

Brabus scrive:
Sfruttando il regolatore che già stai usando dovresti comunque disporre di un'alimentazione accettabile

Anche in questo caso hai ragione. Però visto che il regolatore che utilizzo costa circa 7 Euro contro i 20 centesimi del UA78L00 direi che conviene rivedere anche l' LDO. :wink:

Anche l' idea della pompa di carica non mi dispiace (non ci avevo nemmeno pensato) adesso do un' occhiata anche a quel tipo di integrati... non li ho mai usati ma non dovrebbero essere complicatissimi!
Avatar utente
Foto Utentedavidde
13,0k 4 9 12
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3926
Iscritto il: 2 ago 2007, 11:40
Località: Bologna

1
voti

[7] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentebrabus » 31 ago 2009, 14:08

Un'idea malsana per massimizzare la semplicità: prendiamo un CD40106 normalissimo (6 invertitori C-MOS), colleghiamo in parallelo gli invertitori a tre a tre, e con i due "grossi inverter" ottenuti (in modo da poter disporre di più corrente) andiamo a costruire un oscillatore che carica al contempo i condensatori della pompa di carica.

Qui ci sono un po' di dritte: http://www.eecg.utoronto.ca/~kphang/ece ... epumps.pdf
Un integrato che sembra fatto apposta, della Fairchild (peccato per i 35 mA massimi...): http://www.fairchildsemi.com/ds/FA%2FFAN5665.pdf
Qui la MAXIM ci da pienamente ragione, anche se pilota dei LED: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3243.pdf

Per quanto riguarda i 78xx, essi presentano una tensione minima di drop out di 2 V. Direi che, visto il costo, siamo a posto anche tenendo questi :!:
Ultima modifica di Foto Utentebrabus il 31 ago 2009, 14:13, modificato 1 volta in totale.
Alberto.
Avatar utente
Foto Utentebrabus
20,5k 4 11 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2900
Iscritto il: 26 gen 2009, 15:16

2
voti

[8] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentedavidde » 31 ago 2009, 14:13

Ginfizz ciao anche a te, non avevo visto il tuo messaggio ...
Beh progettare un' alimentatore del genere sarebbe davvero interessante ma purtroppo come hai potuto vedere ho ancora troppe lacune per lanciarmi in un' impresa del genere. Non mi sento però di scartare a priori la tua idea, se hai il tempo ma senza assolutamente nessun impegno di buttare giù uno schema di massima ci darei un' occhiata più che volentieri, non si sa mai !

Grazie anche a te!

P.S.
Sto ancora pensando alle tue risposte sul circuito del led .... mi sa proprio che hai ragione ma doverti una cena mi rogna da morire :lol: ... ovviamente scherzo, mi faccio vivo non appena mi torna tutto :mrgreen:.

P.S.2
Brabus ho letto ora il tuo ultimo messaggio .... sei un vulcano di idee! =D>
Avatar utente
Foto Utentedavidde
13,0k 4 9 12
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3926
Iscritto il: 2 ago 2007, 11:40
Località: Bologna

0
voti

[9] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto UtenteMircoM » 31 ago 2009, 17:24

Leggo che il microcontrollore funziona fino a 3V, non hai considerato di alimetare tutto a 3,3V?
Avatar utente
Foto UtenteMircoM
0 2
New entry
New entry
 
Messaggi: 55
Iscritto il: 24 ago 2009, 14:45

2
voti

[10] Re: Regolatore LDO e stabilizzazione a 5V

Messaggioda Foto Utentedavidde » 31 ago 2009, 22:54

Ho misurato la corrente che serve per il funzionamento della logica e attualmente è di 40mA. Devo però aggiungere ancora qualcosa ed ho valutato che più o meno l' assorbimento finale sarà intorno ai 60-70mA.

Secondo voi una soluzione del genere può essere valida:

alimentatore.png
alimentatore.png (20.24 KiB) Osservato 6683 volte


io farei seguire a questo alimentatore un regolatore lineare con i quali ho più dimestichezza. Se consideriamo l' assorbimeto del carico direi che quello della logica è ininfluente ... si parla di un centinaio di mA contro 50A.

Per quanto riguarda l' alimentazione a 3V l' ho dovuta scartare (originariamente funzionava proprio a 3,3V) poiché sulla scheda è montato anche un sensore di Hall che funziona a 5V. Ho quindi deciso di passare definitivamente ad una alimentazione a 5V così da risolvere il problema.

Grazie a tutti !
Avatar utente
Foto Utentedavidde
13,0k 4 9 12
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 3926
Iscritto il: 2 ago 2007, 11:40
Località: Bologna

Prossimo

Torna a Elettronica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 69 ospiti