Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 22) – Alcuni comuni trabocchetti evitabili nella progettazione di un amplificatore di errore

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 

Presentiamo una breve raccolta di trabocchetti facilmente evitabili quando si progetta l’amplificatore di errore di un alimentatore: calcolo sbagliato del guadagno dell’amplificatore, aspettativa di risultati non conseguibili con l’amplificatore e configurazione impropria del circuito.

Fig. 1 – L’amplificatore di errore è incorporato nel circuito integrato di controllo

La figura 1 mostra un tipico alimentatore che utilizza un circuito integrato di controllo con un amplificatore di errore incorporato. L’ingresso positivo dell’amplificatore è collegato a un riferimento interno, mentre l’ingresso negativo e l’uscita vengono portati all’esterno, rispettivamente attraverso il pin FB e il pin COMP. La tensione di uscita dell’alimentatore è determinata dal divisore di tensione R5 e R7.

Il primo errore frequente è quello di utilizzare R5 nel calcolo del guadagno per piccoli segnali CA, quando non ha alcun effetto pratico; infatti, teoricamente i terminali di ingresso dell’amplificatore di errore sono un punto di massa virtuale, per cui in R5 la corrente alternata è nulla e quindi l’effetto sul guadagno per piccoli segnali CA è anch’esso nullo. Questo risulta evidente se si determina il circuito equivalente di Thévenin dall’amplificatore di errore all’ingresso (vedi Appendice).

Il secondo errore frequente consiste nel richiedere dall’amplificatore un guadagno superiore a quello che l’amplificatore è in grado di generare. Questo è illustrato nella figura 2, in cui sono diagrammate la risposta in frequenza dell’amplificatore di errore, il guadagno desiderato dell’amplificatore stesso e il guadagno effettivo: l’amplificatore non può offrire il guadagno desiderato ad alta frequenza a causa delle limitazioni sulla larghezza di banda. Sebbene non sia illustrata, anche la fase peggiora notevolmente.

Questo problema è particolarmente sentito nei convertitori con controllo di tensione (Voltage Mode) (come quello in Fig. 1) in cui si desidera un grande guadagno ad alte frequenze. Quando si progetta il circuito di compensazione dell’amplificatore di errore, occorre prestare particolare attenzione alle limitazioni sulla larghezza di banda, altrimenti si potrebbe ottenere un alimentatore che oscilla.

Fig. 2 – La larghezza di banda di un amplificatore di errore limita il guadagno disponibile

Generalmente, l’impedenza dei nodi FB e di compensazione è compresa tra 1 e 10 kiloohm, per cui la relativa corrente può creare notevoli perturbazioni della tensione all’ingresso dell’amplificatore di errore, che solitamente si manifestano come irregolarità del segnale di comando al gate o oscillazioni mentre l’alimentatore cerca di compensare l’errore generato dalla sorgente di rumore. Il progettista attento si rende conto di questo fatto e disegna lo schema circuitale in modo tale che i componenti di compensazione siano prossimi all’amplificatore di errore, implicando una disposizione consigliata. Accertarsi che tali componenti siano inseriti in una piccola area vicino all’amplificatore di errore e che le piste che li collegano siano corte. Verificare pure che presso questi componenti non vi sia una pista con un alto valore di dV/dt; questo include il nodo di commutazione e il segnale di comando al gate.

Un altro problema frequente è il mancato utilizzo delle corrette impedenze nel circuito di retroazione. L’amplificatore di errore ha una funzionalità di comando limitata e deve sviluppare tensioni adatte ai capi dei componenti di retroazione. Nel caso della figura 1, può generare una corrente di comando di soli 100 uA e deve sviluppare tensioni dell’ordine di 1 volt.

Le impedenze collegate alla sua uscita o nel suo anello di retroazione non devono essere minori di 10 kiloohm. Fare attenzione a non utilizzare valori eccessivi di impedenza nell’anello di retroazione, in quanto aumenta il livello del rumore delle forme d’onda di commutazione che si sovrappone al segnale. La figura 1 mostra anche il modo migliore di configurare i componenti di retroazione intorno all’amplificatore di errore. I resistori sono collegati all’ingresso ad alta impedenza (FB) anziché ai condensatori; si riduce così il livello del rumore ai nodi R6/C9 e R4/C3 poiché se ne riduce l’impedenza. Gli altri lati dei condensatori sono collegati a un punto a bassa impedenza del circuito e riducono la possibilità di accoppiamento del rumore.

Riepilogando, esistono molte possibilità di fare errori quando si progetta un amplificatore di errore: calcolo sbagliato del guadagno dell’amplificatore, aspettativa di risultati non conseguibili con l’amplificatore e configurazione impropria del circuito. Un po’ di attenzione a questi punti può evitare di dover passare ore nel laboratorio per eliminare i problemi del circuito.

Il prossimo argomento della rubrica saranno ulteriori concetti fondamentali dell’anello di retroazione in un convertitore DC/DC.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: www.ti.com/power-ca

Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Appendice

Guadagno dell’amplificatore di errore con resistori di determinazione della tensione:

Fig. 3 – Calcolo del circuito equivalente di Thévenin dall’ingresso dell’amplificatore di errore

 

 

 

Robert Kollman, Texas Instruments

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