Низкая производительность у микросхемы MC34063. Неправильные напряжения BJT, несоответствующие спецификации тайминги — как не доверять даташиту

РЕДАКТИРОВАТЬ внизу.

Ссылаясь на предыдущий вопрос , который я решил, он был связан с конфигурацией инвертирующего усиления MC34063 со следующей компоновкой:

Изображение 1введите описание изображения здесь

Я понял, что моя схема и расчеты верны, и вопрос был решен. Тем не менее, оставался открытым другой вопрос: почему по измерениям Vsat внутреннего переключателя составлял 1,6 В или около того, в то время как, следуя выбору компонентов, он все еще должен быть в диапазоне менее 0,5 В (из таблицы данных).

Подводя итог выбору компонентов:

  • R1 = 0,33 Ом
  • C1 = 47 мкФ (электролитический)
  • R2 = 49,5 кОм
  • R3 = 2,49 кОм
  • С3 = 680 пФ
  • Д1 = В4ПАН50-М3/И
  • Л1 = СРН1060-221М
  • C6 = 47 мкФ (электролитический)

У меня были правильные 50 мА при минимальном входном напряжении 6,5 В, которые можно получить по следующей формуле:

т о н т о ф ф "=" | В о | + В д я о д е В я н В с а т

Измеряя отношение времени включения/выключения при наихудшем сценарии минимального входного напряжения при максимальной нагрузке (50 мА), я обнаружил, что минимальное входное напряжение составляет 6,5 В, поскольку отношение времени включения/выключения равно 5,2, а Vsat равно 1,6. В. Ввод значений в формулу фактически проверит, что происходит.

Мой вопрос заключается в том, почему чип сохраняет соотношение времени включения / выключения близко к минимуму в таблице данных со всеми 6 частями, которые я пробовал, и почему Vsat такой высокий (выход за пределы спецификации).

Это захват контакта 3 на канале 1 (временной конденсатор) и контакта 2 на канале 2:

Изображение 2введите описание изображения здесь

А вот на канале 2 и 4 находятся, соответственно, пин 2 и пин 1 (закорочены на 7 и 8), показывающие входное напряжение на отметке 6,5В (при приобретении ниже на 6,1В хотя...), и во включенном состоянии напряжение дросселя составляет около 4,5 В, см. сборку:

Изображение 3введите описание изображения здесь

Получение данных выполняется с небольшой нагрузкой, так как вы можете видеть, что ток катушки индуктивности достигает нуля, а напряжение колеблется на определенной резонансной частоте, прежде чем снизится до нуля.

Здесь есть что-то очевидное?

РЕДАКТИРОВАТЬ:

  • Была жалоба на то, что у меня нет оригинальной схемы, которую я использовал, так что вот она.
  • Кроме того, в ответе мне было указано, что максимальное напряжение Vce sat составляет 1,3 В, хотя я хочу упомянуть, что оно составляет 0,5 В. Действительно, я был неправ, но также важно отметить, что это все еще не объясняет мои показания 1,6 В, которые выше абсолютного максимума.
  • Приобретение прицела не было убедительным, поэтому, поскольку сейчас у меня нет к нему доступа, я обновлю его чуть позже.

РЕДАКТИРОВАТЬ 1:

  • Получение объема обновлено, опубликовано в этом EDIT1:

Изображение 4введите описание изображения здесь

Естественный звон осциллятора теперь показывает, что в моей настройке/калибровке нет фундаментальной ошибки.

Открытый вопрос, учитывая наблюдения, которые я получил от Vce_sat, заключается в следующем:

Почему V_ce остается около максимального значения из таблицы данных (макс. 1,3 В, измерено 1,6 В), что далеко от типичного? И, из предыдущего вопроса , почему отношение t_on/t_off остается около минимального значения 5,27, где минимальное значение равно 5,2? Это как-то связано? Я пропустил что-то еще?

Мне просто интересно, была ли у кого-то еще похожая проблема с аналогичными характеристиками. Я использую печатную плату, которую я разработал. Поскольку у меня нет проблем с публикацией заземления верхней части тестовой платы, которую я сделал (нижняя часть — это всего лишь целая плоскость GND), а также 3D-вид, я надеюсь, что теперь смогу дать больше информации:

Кроме того, эффективно установленный компонент показан на исходной схеме.

Рисунок 5 введите описание изображения здесьРисунок 6введите описание изображения здесь

Когда вы показываете принципиальную схему, она важнее слов. Когда вы затем используете слова, чтобы дать новые значения компонентов, уже размещенных в этой схеме, вы оказываете читателю медвежью услугу. Воспользуйтесь вашим любимым графическим редактором, обновите схему и выбросьте слова, которые пытаются (довольно плохо) сделать то же самое. Упростите для читателя и поставьте на диаграмме примечания о сопротивлении нагрузки. Будьте конкретны и не просите людей угадывать.
Вы уверены, что ваш прицел правильно откалиброван? Возможно, один из каналов имеет небольшое смещение напряжения, из-за чего расчетная разница неверна. Попробуйте подключить оба канала к контакту 1 и посмотрите, получится ли нулевая разница.
Что касается схемы, я очень надеюсь, что она поможет больше с новым обновлением. @TooTea Скоро выложу более полное приобретение.
Я не могу понять снимки прицела, какой цвет какой булавки?
@bobflux Я редактировал с указанным каналом, связанным с относительным контактом - забыл об этом для первого изображения!
ХОРОШО! На первом снимке прицела «контакт 1 (закороченный на 7 и 8) на канале 2» я вижу, что напряжение сильно падает, а входная настройка составляет 10 В/дел постоянного тока, но как это может быть, если контакты 1-7-8 должно быть входное напряжение, оно должно быть достаточно стабильным...
Боже, я поменял описание на изображении, теперь оно правильное, извиняюсь. Других ошибок, надеюсь, быть не должно.
@thexeno есть еще один аспект без ответа или эта проблема решена?
@Кристиан Б. Прошу прощения, не смог проанализировать ответы, как сейчас. Я знаю о сроке действия вознаграждения.

Ответы (5)

Короткое моделирование проверки с использованием LTSpice и модели MC33063A из http://ltwiki.org/index.php?title=Simulating_the_MC34063_in_Inverter_Configuration_with_an_Accurate_TL431A_Model приводит к следующему поведению (необходимо удалить объявление I2 под комментарием «force f/f reset at startup» в модели):

Результат моделирования схемы MC34063. Результат моделирования показанной схемы.  Показаны напряжения до (зеленый) и после (синий) транзистора.Результат моделирования показанной схемы. Показаны напряжения до (зеленый) и после (синий) транзистора.

Это хорошо согласуется с полученными кривыми. Краткий осмотр показывает ток через R3 и падение напряжения между контактами 1, 7, 8 и 2 в соответствии с моделированием.введите описание изображения здесь

Так, что происходит? Что ж, короткий поиск показывает, что некоторые таблицы фактически показывают следующую кривую:

введите описание изображения здесь

Это похоже на наблюдаемое поведение. Более пристальный взгляд на спецификации показывает, что они на самом деле немного «мошенничают»: они показывают CE отдельных этапов. Вы должны добавить оба, чтобы получить фактический соответствующий общий CE.

РЕДАКТИРОВАТЬ: добавить на т о н т о ф ф вопрос - как наблюдалось в моделировании я п к составляет около 330 мА для источника питания с напряжением один Ом. Предположим, что выходной ток нагрузки я о 25 мА получается

я п к "=" 2 я о ( т о н т о ф ф + 1 ) => я п к 2 я о 1 "=" т о н т о ф ф "=" | В о | + В Ф В я н В с а т => | В о | "=" ( я п к 2 я о 1 ) ( В я н В с а т ) В Ф ( 330 м А 2 25 м А 1 ) ( 6.3 В 1,5 В ) 0,4 В 27 В
Это уже довольно близко к целевому напряжению. Можно заметить, что большинство параметров, таких как В Ф и В с а т на самом деле зависят от тока. На самом деле я п к снижается при приближении к теоретическому максимальному пределу напряжения и зависит от времени включения. В течение более длительных периодов ток может возрастать больше, что позволяет использовать более высокие напряжения или выходные токи. Для получения подробной информации я рекомендую настроить симуляцию.

EDIT2: соотношение т о н т о ф ф определяется отношением я д я с с час г я с час г если промежуточный сброс не запускается, например, если достигнуто целевое напряжение. Итак, глядя на ток заряда C2, мы видим:

введите описание изображения здесь

Ток через C2. Первая линия маркера на 43,5 мкА, вторая маркера на -206,9 мкА.

Просматривая таблицу данных, можно заметить, что ток заряда «слишком велик», что приводит к низкому коэффициенту. Краткий обзор модели показывает, что ток смещения 35 мкА сопровождается током утечки ~ 10 мкА через S3. Если Roff изменить, например, на 1e17, коэффициент увеличится, и схема будет работать как «ожидаемая». То же самое происходит, если разница между VCC и целевым напряжением уменьшается, т. е. целевое напряжение снижается.

введите описание изображения здесь

TL;DR: кажется, все работает нормально и соответствует спецификациям/модели. Нужно просто интерпретировать их предполагаемым образом и помнить об их конечных ограничениях.

В этом техническом описании ( onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf ) вы показываете рис. 5. На рис. 6 также есть Vce - означает ли это, что мои конфигурации имеют условия рис. 5? В остальном отличный симулятор, спасибо за это.
Потому что что интересно, я меряю 1,6В насыщения, что бывает, судя по графику, на пике 0,9А, хотя до него не доходит: ton/toff мешает дросселю заряжаться при таком токе. С помощью вашей формулы вы показываете, что происходящее имеет смысл в зависимости от ton/toff, и мы ограничены этим значением, которое ограничивает пиковый ток и, следовательно, выходную мощность (I и/или V). Но проблема в том, что логика не позволяет более длинный ton/toff, и это зависит от осциллятора - это я не могу объяснить. Как ведет себя ваша симуляция с входом 4,5В?
(Входное напряжение при выходных нагрузках от 25 мА до 50 мА - если ваша модель похожа на реальную часть, ton/toff не позволит вам достичь полного -25 В при 50 мА, даже не 25 мА --> а в соответствии с соотношением в даташит, -ДОЛЖНО-) Это для меня загадка, вторая половина загадки, стоит сказать
буду симулировать. Это докажет, что вы ответили на Vce, но не можете дать объяснения по несоблюдению соотношения времени. НО, возможно, я не достиг максимального значения ton/toff из-за сброса, выдаваемого падением на резисторе 0,33. Это означает, что я должен свериться с симуляцией, достигал ли я пиков раньше (тогда почему?). Не говоря уже о допусках на компаратор в цепи синхронизации. Но расчеты показали, что можно достичь -25 В при пиковом токе 0,9 А (4,5 В). Использование худших сценариев не изменило так сильно, как я вижу в реальности.
@thexeno извините - у меня еще не было времени, чтобы изучить это более внимательно. Но я могу дать вам отправную точку для самостоятельного изучения: dropbox.com/s/p834btnqdalu3uj/stackexchange.asc?dl=0 — это используемая схема, объединяющая внешнюю схему с внутренней моделью MC34063. Похоже, я могу ошибаться относительно Vce - моделирование показывает падение ~ 0,7 В на ступень. Я постараюсь найти более основательное объяснение, как только найду время.
Спасибо за ответ. Это та же самая внутренняя модель, которую я вижу в предоставленной вами ссылке на ltwiki.org ?
в основном да. Только с той уже настройкой, что я снял модель I2.
Небольшое дополнение: причина, по которой падение Vce > 1,4 В, заключается в том, что база и коллектор используют один и тот же источник напряжения, что означает, что необходимо учитывать пороговое значение 2 *Vb. Ниже этого порога не будет протекать значительный ток.
Я запускаю симуляции. В основном все ведет себя как в моей реальной установке, с теми же проблемами при 4,5 В - причина в том, что отношение ton/toff в вашей симуляции похоже на мое: прыгает около 5,7, плюс искажения из-за сопротивления Vcc. Настраивая модель с меньшим Ichg от 35 мкА до 24 мкА, я действительно получаю более высокое t-on, вплоть до коэффициента 6 или 7, и обеспечивая большую мощность. Кроме того, я проверил, что я ограничен временем, а не защитой Ipk (внутреннее изменение Vth ни на что не повлияет и никогда не переключается на более высокий Ich для сброса таймера).
вопрос в том , почему мы получаем одни и те же «неправильные» результаты, смоделированные и реальные: мы неправильно читаем время в таблице данных? это также не соответствует всем калькуляторам MC34063 вокруг.
Как вы сказали, на переключателях и, как указано в других комментариях, мы получаем сумму Vbe как Vce, потому что она не находится в насыщении, но видит падение от драйвера триггера, Q1 и Q2 Vbes. <1,3 В связано с усилением внешнего транзистора, который переводит Q1 (внутренний последний каскад BJT) в состояние насыщения -> которое должно быть до 1,3 В. Поскольку я использую внутренний BJT, я никогда не достигаю насыщения. Это следует учитывать при разработке лимитов. Хотя это не имеет ничего общего с ошибками синхронизации, которые я до сих пор игнорирую.

Честно говоря, я не изучал ваши результаты прицела. (Я извиняюсь за это, так как я рад, что вы добавили их, несмотря ни на что.) Но я быстро проверил очевидные мысли. И у меня есть один для вас.

Это техническое описание MC34063A показывает следующее:

введите описание изображения здесь

Ты пишешь:

оно все еще должно быть в диапазоне менее 0,5 В (из таблицы данных).

Обратите внимание на характеристики при подключении контактов 1 и 8, как показано на схеме.

Какие характеристики там указаны?

Вот почему мы больше не используем биполярные транзисторы для силовой электроники.
На самом деле это не объясняет, почему измеренное значение Vce превышает 1,6 В, когда в спецификациях указано максимальное значение 1,3 В, типичное значение 1 В. Это все еще огромная разница.
@TooTea Согласен! Однако ОП делает неверное заявление. Кроме того, спецификация предоставляет значения, которые намного ближе к наблюдаемым. Это по-прежнему означает, что существует остаточная разница, которую необходимо объяснить. Но ОП также попросил * «здесь что-нибудь очевидное?» И я сделал хотя бы один шаг в правильном направлении.
Действительно, я слежу за этой спецификацией (на самом деле, более забытой...), но, как уже упоминалось, я все еще не в максимальной спецификации. Просто интересно, прежде чем предоставлять более качественные снимки, правильно ли я измерил Vce sat?
@TooTea Я отредактировал вопрос с новыми приобретениями, а также с физическим представлением моей тестовой схемы.
Просто чтобы убедиться, что я понимаю, конфигурации Дарлингтона, это не когда мы также соединяем коллекторы вместе? Потому что на рисунках 5 и 6 таблицы данных ( onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf ) упоминаются только конфигурации эмиттерного повторителя или общего эмиттера. Мне кажется, что я нахожусь в конфигурации повторителя эмиттера, так как я нагружаю индуктор, а не землю. Поскольку во многих частях я также вижу упоминания о конфигурациях «Дарлингтон» и «не Дарлингтон», это немного сбивает с толку.
@thexeno Рисунок 9а. Внешний NPN-переключатель представляет собой конфигурацию Дарлингтона, и он будет иметь до 1,3 В между коллектором и эмиттером внешнего биполярного транзистора при активном включении . Но также, каждый раз, когда вы подключаете контакт 8 непосредственно к контакту 1, как показано на рис. 11/11a, внутренняя пара BJT находится в Дарлингтоне.
@thexeno Я не уверен по вашему тексту и изображениям, но действительно ли на комбинированных контактах 1, 7 и 8 происходит изрядное количество демпфированного звонка на уровне МГц?
Я понимаю ваш первый комментарий с точки зрения внутреннего и внешнего BJT, спасибо. Тогда ясно, что с внутренним Дарлингтоном я должен полагаться на графики, а не на 1,3 В в таблице OUTPUT SWITCH (таблица 7.6 вашего ответа). Но в этой таблице четко указано «контакты 1, 8 подключены», а на рис. 9а это не так. Кроме того, 0,7 В в той же таблице - это только Vce между контактами 1 и 2 (представляющий первый каскад Дарлингтона, выполненный с внешним NPN)? Другими словами, как я понял различные ответы, что они означают со значениями в таблице?
И да, это может быть на том уровне МГц. Для меня это имеет смысл, потому что индуктор видит паразиты только на земле, диоде и эмиттере, когда ток достигает нуля, и я читал, что на этом этапе это вполне нормально, если только мы не установим какой-нибудь демпфер или что-то подобное. Разве не так?
(и забыл про взаимодействие с собственной ёмкостью)
У меня все еще есть проблемы со сроками (см. ответ с симуляцией) - я думаю, что, поскольку это самая серьезная проблема, любой наиболее существенный ответ (если возможно дать какой-либо) должен получить вознаграждение, которое необходимо закрыть в ближайшее время.
@thexeno Я думаю, что этот ответ может быть о том, где обстоят дела. Разве это не отвечает на ваши вопросы в вашем уме?
Привет, проблемы заключались в том, почему вещи кажутся нестандартными, а их было 2: одна для BJT (в основном решена), вторая для времени. Если в чем-то нет очевидной причины, я также могу предположить, что в моих микросхемах есть какой-либо дефект, но мне нужно подтверждение. В любом случае, я был очарован той конкретной помощью, которую мы получили.
@thexeno Хм. Я просто попытался прочитать больше этого ответа. Автор, по-видимому, предполагает, что сама имитационная модель включает импеданс отключения S3, который является «дырявым». Предполагая, что модель является хорошим представлением внутреннего переключения, автор далее предполагает, что эта утечка объясняет разницу во времени между ожидаемыми и фактическими результатами, поскольку автор изменил модель, чтобы устранить эффект, и время стало намного ближе к прогнозируемое значение. Это тоже ты читаешь?
Да очень-же читал - и пробовал. Это отвечает на вопрос, почему модель неверна, и это нормально. Но подозрение исходит от (оригинальной модели), которую я смоделировал и работает почти так же, как настоящие детали, которые у меня есть на моем стенде. Никто не изменил утечку моих микросхем :) - Значит ли это, что все MC34063 (не MC33063) по своей сути не соответствуют спецификации, и модель просто пытается их смоделировать? Я получаю воспроизводимое поведение со всеми частями (доверенного происхождения).
@thexeno Я добавил несколько комментариев.

Вы используете соединение Дарлингтона для устройства. Поэтому соответствующая спецификация составляет 1,3 В.

Эта спецификация предназначена для напряжения между контактами (1 и 8) и контактом 2. На вашем прицеле показана буква V на VCC и контакте 2; вы игнорируете падение I*R на 0,3 Ом и не показываете ток.

Используйте осциллограф для одновременного отображения контактов 1 и 2.

(Кроме того, есть ли у вас оригинальные детали? - от авторитетного дистрибьютора?)

Вы не измеряете напряжение насыщения драйвера - вы измеряете V между контактами 1 (& 8) и 2. Однако этот Дарлингтон управляется от VCC (контакт 6), а напряжение на контакте 2 (эмиттер переключателя) определяется падением внутреннего драйвера (скажем, 0,3 VCE_sat PNP) плюс VBE каждого NPN в коммутаторе (скажем, 0,7 В каждого) — всего 1,7 В.

Вы «получаете» некоторое измерение насыщения с помощью 0,3 Ом - в основном это не влияет на напряжение на контакте 2 до тех пор, пока выходные транзисторы переключателя не насыщаются (при ~ V (8,2) = 1,3 В). По сути, вы можете увеличить R1, не влияя на V (6), пока эти транзисторы не насытятся.

Привет, на третьем рисунке «каналы 2 и 4 — это контакты 1 и 2». EDIT в основном показывал то же самое приобретение, но также показывал, что звон возвращается к нулю, поскольку это было рассмотрено в комментарии как потенциальная ошибка в моем объеме. Поэтому я измеряю после 0,3 Ом. Вы также можете заметить наклон из-за увеличения тока в катушке индуктивности.
Детали были от Mouser. Я думал, что это может быть ручная пайка, но большие проблемы, которые я видел, были только с высокоточными деталями, которые теряли некоторую точность, то есть откалиброванное устройство gm в токоизмерительном устройстве показывало другое усиление, хотя все еще в пределах диапазона.
К вашему сведению - я вернул описание в двух приобретениях, теперь исправлено, приношу свои извинения. Хотя ваш ответ остается актуальным, независимо от исправления.
по сути, вы не измеряете VCE_SAT в этой конфигурации, поскольку падение напряжения между контактами 6 и 2,5 равно VCE_SAT внутреннего PNP плюс 2 VBE главного переключателя. Напряжение между 1, 7, 8 и 2, 5 - это как раз указанное выше значение за вычетом падения I * R на 0,3 Ом. Это не предел VCE_SAT. Вы можете наблюдать VCE_SAT только с этой ИС, используя конфигурацию повышения или некоторые более сложные схемы драйвера.
Большое спасибо за рассмотрение! Технически я принимал во внимание 0,3 Ом, так как я принимал во внимание наклоны из-за падения на нем. То есть вы имеете в виду, что график № 6 в этой таблице данных ( onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf ) измеряет Q1 Vce, в то время как я измерял в соответствии с графиком № 5? Также что не ясно в вашем ответе: под ограничением VCE_SAT вы имеете в виду один из Q1?
Есть какие-нибудь мысли о том, почему я вижу так много времени? это должно зависеть только от внутренней логики/времени
VCE_SAT — это когда базовый ток * бета превышает ток коллектора (который будет ограничен извне). В конфигурации эмиттерный повторитель, с которой вы используете коммутатор, это не так. Вы измеряете VCE, а не VCE_SAT. Этот VCE управляется VBE двух транзисторов плюс VCE_SAT внутреннего драйвера PNP.
Все это имеет смысл, по крайней мере, по напряжению сейчас. В конфигурации Дарлингтона выходной ключ не может насыщаться, как и написано. Когда упоминается не дарлингтон, часть повышенного напряжения перенаправляется на контакт 1, чтобы перенаправить внешний npn от контакта 1 (рисунок 9B в ds). Итак, мы говорим о множестве отличий от моей стандартной инвертирующей реализации.
Если это так, мне интересно, как они также «обманули» тайминги. :)
У меня все еще есть проблемы со сроками (см. ответ с симуляцией) - я думаю, что, поскольку это самая серьезная проблема, любой наиболее существенный ответ (если возможно дать какой-либо) должен получить вознаграждение, которое необходимо закрыть в ближайшее время.

Тони Стюарт уже дал ответ: ток Ic управляет значением Vce. Vce SAT — это не высеченная в камне ценность. Он меняется в зависимости от тока коллектора, контролируемого нагрузкой (в вашем случае ток дросселя 900мА). Что означает Vce SAT в спецификациях, так это то, что это значение, когда при очень небольшом изменении тока коллектора происходит значительное изменение напряжения Vce, в отличие от ниже Vce SAT, когда значительное изменение тока коллектора вызывает незначительное изменение напряжения Vce. Таким образом, для тока нагрузки (тока катушки индуктивности) 900 мА Vce составляет 1,6 В, как показано на Рисунке 4. Конфигурация эмиттерного повторителя Выходные данные таблицы данных. Следующее видео https://m.youtube.com/watch?v=fqeUpATJlZYпредставляет метод, который использует напряжение Vce специально для управления ограничением тока в цепи (например, электронным автоматическим выключателем). Он предоставляет несколько экспериментальных результатов, показывающих, как изменяется Vce при изменении тока коллектора для разных токов базы.

введите описание изображения здесь https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/mc34063a-d.pdf

Почему (остается) V_ce около максимального значения из таблицы данных (макс. 1,3 В, измерено 1,6 В), что далеко от типичного?

Фундаментальным для всех транзисторов как «переключателей» является то, что они имеют объемное сопротивление, и hFE или бета должны быть перегружены до 10% от максимального линейного значения, чтобы достичь номинального Vce=Vce(sat) @ Isat.

Это видно по наклону р С Е "=" В С Е ( с а т ) я С рис. 5 и 6 из расположенного ниже pdf-файла.

введите описание изображения здесь

Использование левого участка.

Таким образом, глядя на текущий цикл, мы можем упростить его следующим образом;

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Ток Ic управляет значением Vce, которое можно измерить с помощью пробника 10:1 (наконечник и кольцо и без зажима заземления) на шунте 10 МОм при 0 В = Gnd с длиной выводов < 1 см (10 нГн).

Если ваша проблема заключается в измерении тока насыщения трансформатора, только способ, который я описал, выявит проблему. Это может уменьшить паразитные проблемы с вашими методами измерения.