איך לייצב ספק ממותג?

[card]

שלום

נניח שיש לנו ספק ממותג שנותן 5v

מה צריך בשביל לייצב את המתח שהוא נותן?

האם זה רק קבל אחד? או סדרה של קבלים?

או משהו אחר?

תודה

[Ash Binary]

לייצב - לאיזה מטרה ? יש בעיה אם היציבות שהוא נותן כמו שהוא ?

[card]

לייצב - לאיזה מטרה ?

לייצב כדי להשתמש בו להפעלה של מיקרו-בקר + המעגל שסביב המיקרו-בקר.

(ההגדרה "המעגל שסביב המיקרו-בקר" כללית - אבל זה בכוונה כי זה יכול להשתנות מפרויקט לפרויקט..)

יש בעיה אם היציבות שהוא נותן כמו שהוא ?

אין בעיה כרגע, השאלה למטרת לימוד והבנה של הנושא, ובניית מעגל להתנסות

(ובדיקה של התוצאה עם סקופ)

[Ash Binary]

יציבות מתחים מתבטאת בכמה דברים

voltage regulation - שתחת עומסים שונים המתח נשאר מה שהוא אמור להיוץ, ולא נניח יורד ל 4.5V כשאתה מעמיס אבל עדיין לא עובר את המקס' המותר של הספק

overshoots - ייצוב המתח של הספק אמור להגיב בצורה מהירה מספיק לשינויי עומס, כך שלא יקרה שעומס שיורד בפתאומיות (נניח : הבקר כיבה ממסר, כמות גדולה של לדים במסך לד נדלקת/נכבית בו זמנית וכו') יביא לקפיצה של המתח אל מעל או מתחת לתחום המותר

noise/ripple - שהפולסים של ה AC מהרשת או המרת המתח בתוך הספק (כמה עשרות KHZ) לא יוצאים החוצה מעבר לערך מסויים

ככלל, את כל אלה משיגים על ידי :

מעגל משוב בתוך הספק שמכוון במדוייק את כיוון המתח. בספקים למתח נמוך במיוחד, מביאים בחשבון גם את מפל המתח על החוטים - למשל בספקי מחשב מקובל שהמשוב על ה 3.3V (שהיא מסילה רגישה יחסית בגלל המתח הנמוך) מגיע מהחיבור 24pin ולא בתוך הספק. בהרבה ספקים אם תבדוק את החיבור תראה שב 1 מהפינים של ה 3.3V מתחברים 2 חוטים במקביל. ב 5V בדרך כלל זה כבר לא כזה חמור וניתן להסתפק במשוב פנימי אם החוטים בין הספק והמעגל בעובי מספיק

קבלי low ESR גדולים + קבלי shunts מפוליאסטר/MLC ביציאה מהספק, נותנים תגובה מיידית לשינויים בזרם, ומהירים יותר ממערכת המשוב בספק. כשיש כבל באורך משמעותי בין הספק והמעגל, מוסיפים קבלים כאלה גם במעגל עצמו מכיוון שהקבלים בספק "רחוקים" מידי בשביל להגיב במהירות

יישור ה 240V על ידי 4 דיודות (ולא דיודה אחת כמו במטענים זולים) מעלה את תדר הפולסים מהרשת מ 50 ל 100 HZ, ובכך מקטין את הזמן שעובר ביניהם ואותו הקבל שעומד בכניסה לספק אמור לגשר. הקבל עצמו אמור להיות בנפח מספיק בשביל לגשר את מה שנשאר. מעגל PFC מקטין עוד יותר את הזמן בין פולסים ומאפשר להשתמש בקבל קטן יותר

קבלי low ESR גדולים ביציאה מהספק מקטינים את ה ripple. ניתן גם להוסיף דרגות סינון של סליל-קבל, כלומר כשה + עובר דרך סליל ואז מיוצב על ידי קבל נוסף

במקרה של רכיבים רגישים כמו RAM או מעבד, מקובל לתת למעגל מתח גבוה יותר ממה שהם צריכים ואז לבצע את ההמרה האחרונה ממש בצמוד לרכיב. למשל בבקרים הבקר מקבל 5V, ואז ההמרה האחרונה ל 3.3V או מתח אחר כלשהוא שעליו עובד הציפ נעשית ממש על ה PCB בצמוד לציפ. בלוחות של מחשבים ממירי המתח של המעבד/RAM/וכו' נמצאים בצמוד לרכיב/סלוט שצריך את המתח

[card]

תודה 1101

אני רוצה להתמקד בנושא יישור ה-Ripple של הספק:

קבלי low ESR גדולים ביציאה מהספק מקטינים את ה ripple.

איזה קיבוליות נחשבת מתאימה כאן?

והאם הערך שלה צריך לעלות בהתאם לצריכת הזרם של העומס שמחובר?

לדוגמא פעם אחת העומס הוא בערך 50mA

ובפעם האחרת העומס הוא 500mA

[Ash Binary]

אתה רוצה שגובה ה ripple ב peak to peak לא יקפוץ מעבר לערך מסויים. אם ידוע לך תדר העבודה של הספק ידוע לך הזמן בין 2 peaks

ללא התחשבות ב ESR של הקבל :

q = i dt

q = c v

אם התחשבות ב ESR של הקבל, תביא אותו בחשבון כנגד ותחשב את ה worst case ב 2 המקרים. הבעיה הפוטנציאלית היא שלא תמיד ידוע מה מתח ה peak שבין המיישר בספק והקבל, אז תצתרך למדוד או לנחש....

[card]

האם הקבלים האלה שיש בסוף העמוד שבלינק(מגיעים לקיבוליות דיי גדולות) טובים?

לאיזה ערך לכוון בד"כ?

http://www.taydaelectronics.com/capacitors/electrolytic-capacitors.html

[Ash Binary]

תכוון לערך מהחישוב הפשוט (ללא ESR), ונניח תיקח מקדם ביטחון ענק (אין כל בעיה שהקבלים יהיו X2 ממה שצריך ויותר)

יכול להיות שכן 1 מהקבלים שם יתאימו

לדברים רציניים אני מעדיף לשים קבלים מחברות שאני מכיר שהן איכותיות. את החברה הזאת Jakec ראיתי פעם אחת בלבד, בקבל קטן על boot card שצריכת הזרם שלו אפסית והיה מסתדר באותה מידה בלי הקבל בכלל....

[card]

1101, יש לי שאלה לגבי זה:

q = i dt

q = c v

למה 2 נוסחאות?

[Ash Binary]

אלה הכללים הבסיסיים שעליהם החישוב בנוי. תשווה אותם i dt = c v ותקבל קשר ישיר בין כל הפרמטרים :

מתח - גובה ה ripple שמבחינתך הוא בסדר

זרם - ביציאה מהספק (תניח שהוא זורם תמיד מהקבל)

קיבול הקבל שאתה מחפש

זמן - בין 2 טעינות (לא סתם 1/f של תדר ה switching - עליך להביא בחשבון מגבלות של duty cycle של המעגל - הזמן יכול למשל להיות כפול או משולש מזה אם ה duty cycle המקס' התקין הוא 1/2 או 1/3 בהתאמה. ה duty cycle המקס' נקבע על ידיי רכיבים אחרים במעגל כמו הציפ בחלק המתח הגבוה)

[ZiggyMan]

אין טעם לייצב ספק ממותג שהוא מיוצב כבר.

אם יש רעש וריפל גבוהים מדי, אז הספק מאיכות נמוכה, וכדאי להשקיע באחד נורמלי מאשר לתקן שגיאות שכבר נעשו. לא תמיד קבלי המוצא זה הפתרון. לפעמים תכנון של ספק בצורה פשוטה מדי, משוב לא מדוייק, התבססות על רכיבים אנלוגיים זולים ובלי בקר PWM נורמלי גורמים לרעש מוצא בלתי ניתן לתיקון.

[card]

מתח - גובה ה ripple שמבחינתך הוא בסדר

אין אפשרות להשיג באמת קו ישר?

נניח ואני מעוניין להיות נדיב,

האם אין לי אפשרות לשים קבל שיהיה גדול, ואז לקבל קו ישר ויפה?

(כשהזרם המקסימלי הנצרך במעגל ידוע ומוגדר כמובן)

אין טעם לייצב ספק ממותג שהוא מיוצב כבר.

אבל רוב הספקים הממותגים, על אף שהם מיוצבים, נותנים לך גל מסור כלשהו.

הריפל לא גבוה, ואין ממש רעש,

זה לא סוג הבעיות..

אבל עדיין,

אתה בטח מכיר את התופעה הזו שאתה מייצר גל ריבועי כלשהו בעזרת תוכנית קטנה שכתבת על מיקרו-בקר,

ואז הגל הריבועי, בחלק מהגלים גבוה יותר, ובחלק מהגלים נמוך יותר,

וגם הקו העליון של הגל אלכסוני קצת, במקום ישר.

וכל זה בצורה מחזורית כמובן.

מה שאומר, שהגל מסור בכניסה, מוצא את דרכו ליציאה.. (הדיגיטלית שאנחנו משתמשים בה)

אם יש רעש וריפל גבוהים מדי, אז הספק מאיכות נמוכה, וכדאי להשקיע באחד נורמלי

יש ספקים שנותנים גל ישר יפה?

[Ash Binary]

ספק switch לבד לא יכול לתת קו ישר. חוצמזה שתמיד יהיה ripple כלשהוא כתוצאה מהפריקה של הקבל, לקבל יש ESR - כשמגיע פולס טעינה מהשנאי, המתח על המסילה קופץ למעלה כי יש התנגדות בדרך לקבל, לכן הקבל אינו סופג את הפולס לגמרי

ניתן לייצב את המתח יותר על ידיי מייצב ליניארי / LDO - ש "חותך" את החלק העליון של המתח שמכיל את ה ripple. גם למייצב כזה יש מגבלות - יש קיבול של הרכיבים הפנימיים שלו, שמביא לכך שהתדר הגבוה של המסור/ההרמוניות שלו עושים שם מה שבא להם.... לכן הם יבואו לידי ביטוי בצורה מסויימת גם ביציאה מהרכיב

במעגלים דיגיטליים מתחת לערך מסויים המסור לא באמת מפריע יותר - ולכן מספיק לייצב אותו לערך זה

במעגלי audio המסור באמת מפריע (ובמיוחד מכיוון שהספק "מוותר" על פולסים, כלומר הרבה רעש משתנה בתדרים נמוכים יותר מתדר ה switching, שניתן לשמוע). לכן במעגלים האיכותיים יותר פשוט מוותרים על ספק switch mode לחלוטין ועובדים אם שנאי גדול בתדר הרשת. היציאה של ספק כזה מכילה רעש דיי קבוע ב 100 Hz והרמוניות שלו - אבל אלה תדרים נמוכים מאוד ומייצב ליניארי מתמודד איתם בצורה דיי טובה (מציאותית בשלב ההספק בדרך כלל אפילו לוקחים את המתח מהקבל לפניי המייצב, בשביל לא להעביר זרמים גדולים במייצב, והמתח עדיין דיי בסדר)

[card]

במעגלים דיגיטליים מתחת לערך מסויים המסור לא באמת מפריע יותר - ולכן מספיק לייצב אותו לערך זה

נכון,

תכלס המעגל פועל,

אבל כשרואים את זה עם סקופ, קשה שלא לחשוב שזה לא מצב נקי כמו שצריך להיות.

זה קורה אגב לא רק עם ספק, אלא גם עם Power Bank, בגלל שיש שם סוללות 3.7v ואז Step Up שמעלה את המתח ל-5v..

במעגלי audio המסור באמת מפריע (ובמיוחד מכיוון שהספק "מוותר" על פולסים, כלומר הרבה רעש משתנה בתדרים נמוכים יותר מתדר ה switching, שניתן לשמוע). לכן במעגלים האיכותיים יותר פשוט מוותרים על ספק switch mode לחלוטין ועובדים אם שנאי גדול בתדר הרשת. היציאה של ספק כזה מכילה רעש דיי קבוע ב 100 Hz והרמוניות שלו - אבל אלה תדרים נמוכים מאוד ומייצב ליניארי מתמודד איתם בצורה דיי טובה (מציאותית בשלב ההספק בדרך כלל אפילו לוקחים את המתח מהקבל לפניי המייצב, בשביל לא להעביר זרמים גדולים במייצב, והמתח עדיין דיי בסדר)

חשבתי שיהיה הרבה יותר פשוט לקבל קו ישר יפה..

במיוחד אם אני לא מתקמצן על העלות של הקבל

טוב אז קו ישר יפה לא נקבל,

אז איזה קיבוליות לשים בכניסה של המיקרו-בקר?

עבור 50mA ועבור 300mA נגיד?

שייתן את הכי טוב שאפשר..

[Ash Binary]

אני לא בטוח שהפעלת ארדואינו על power bank היא פתרון טוב - בחלק מהם אין ממש שליטה על ה ripple.....

תשובה לשאלות האחרות היא "כמה שיותר קיבול" ו "כמה שפחות ESR"... אם הקפיצות הן קטנות ובתדר גבוה נסה לחבר במקביל קבל פוליאסטר או multilayer - מכיוון שיש לו לוחות מתכתיים פשוטים יש לו ESR נמוך

כמו כן ripple יכול להיות מ 2 פקטורים :

- ripple כתוצאה מהמיתוג של הספק

- ripple כתוצאה מצריכת הזרם של המיקרו בקר

איך למצוא מי מהם אחראי למשהוא ספציפי שאתה רואה בסקופ - תנסה פעם אחת אם הספק switch mode ותחבר אליו נגד כעומס, פעם שניה אם סוללה (נניח 12V) ו 7805 לייצוב המתח, והמיקרו בקר כעומס (אל תעבור את הזרם המקס' של ה 7805 ושים קירור אם צריך)

כמובן סוללה ו 7805 (כשלעצמם - ללא השפעות המיקרו בקר) יתנו את ה DC הכי נקי שיכול להיות (ובנצילות הכי נמוכה שיכולה להיות.....אם סוללה 12V, תקבל בחזרה כ 5V אוליי 1/4 מהאנרגיה שהולכת לטעינת הסוללה.... אם סוללה 6V תוכל לקבל אוליי 1/2, וגם פחות לחמם את המייצב - בהנחה שהמתח של הסולללה גבוה מספיק מעל 5V בשביל שהוא יוכל לעבוד)

בהנחה שיתר המעגל בנוי בצורה טובה ואינו חלק מהבעיה - ב 2 המקרים הפתרון הוא קבלים, ובמיוחד במקרה השני, קבלים בעלי ESR נמוך מאוד (כמו פוליאסטרים ו multilayer-ים), בצמוד לכניסות vcc של המיקרו בקר