Los productos de infoentretenimiento para vehículos (multimedia y telemática) exigen más energía y plantean desafíos para los sistemas de administración de energía de los vehículos. Esta nota de aplicación describe la tecnología de control de modo de corriente promedio (ACMC) para la administración de energía. Este artículo muestra que esta tecnología minimiza varios problemas de administración de energía, como la eficiencia, el tamaño, la EMI, la respuesta transitoria, la complejidad del diseño y el costo general. Los MAX5060/MAX5061 sirven como ejemplos de esta técnica.
prólogo
La tecnología ya ha llevado al mundo a un nivel completamente nuevo, con casi todos los sistemas controlados de forma remota y lo que antes se hacía manualmente ahora está en modo automático. El entretenimiento ahora está en todas partes, incluso en la comodidad de su propio automóvil. Con el uso cada vez mayor de la tecnología en los automóviles, el consumo de energía para suministrar esta aplicación se ha incrementado significativamente.
Los productos de infoentretenimiento para vehículos (multimedia y telemática) exigen más energía y plantean desafíos para los sistemas de administración de energía de los vehículos. Esta nota de aplicación describe la tecnología de control de modo de corriente promedio (ACMC) para la administración de energía. Este artículo muestra que esta tecnología minimiza varios problemas de administración de energía, como la eficiencia, el tamaño, la EMI, la respuesta transitoria, la complejidad del diseño y el costo general. Los MAX5060/MAX5061 sirven como ejemplos de esta técnica.
Definir objetivos de diseño.
Cada aplicación de infoentretenimiento automotriz tiene su propio conjunto de requisitos técnicos y comerciales para la administración de energía. Las consideraciones de diseño más importantes son la eficiencia, el tamaño, la EMI, la respuesta transitoria, la complejidad del diseño y el costo. Todos estos parámetros están indirectamente relacionados con la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación, que es un parámetro clave elegido para equilibrar todos estos requisitos.
Conceptos básicos del diseño de ACMC
La tecnología ACMC combina la inmunidad al ruido y la eficiencia de VMC con las características de estabilidad y rendimiento de CMC. La Figura 1 muestra un diagrama de bloques funcional de un convertidor reductor que opera en ACMC.
Para comprender mejor ACMC, comience por revisar los principios de CMC. Mirando la Figura 1, si se quitan el amplificador de error de corriente (CEA) y el generador de diente de sierra, la salida del amplificador de detección de corriente (CSA) se puede alimentar al terminal inversor del comparador PWM. De manera similar, la salida del amplificador de error de voltaje (VEA) se puede alimentar al terminal no inversor. El resultado es un sistema de dos bucles que controla la corriente del inductor (bucle interior) y la tensión de salida (bucle exterior).
Como se mencionó anteriormente, en aplicaciones de alta corriente de salida, es deseable mantener la resistencia de detección de corriente RS (consulte la Figura 1) lo más pequeña posible para minimizar la disipación de energía en el convertidor. Pero cuando hace esto, la señal se vuelve superficial y el ruido se filtra y aparece como fluctuaciones en el sistema.
Sin embargo, en ACMC, la señal de detección de corriente se envía a la entrada inversora del CEA (Figura 1), mientras que el VEA programa la corriente del inductor en la entrada no inversora del CEA. Compensar a CEA con una red de retroalimentación puede lograr varias cosas. Ajuste la señal de detección de corriente para mostrar la ganancia máxima en CC (para un convertidor reductor, la corriente CC en el inductor es equivalente a la corriente de salida del convertidor). Permite que la señal de detección de corriente real pase sin problemas a través del amplificador. Finalmente, atenúa el ruido de conmutación de alta frecuencia superpuesto a la señal. Debido a la alta ganancia de CEA en CC, la corriente de salida se puede programar con precisión con este esquema de control. Por el contrario, la señal de detección de corriente del CMC tiene una ganancia plana, por lo que el sistema muestra un error de corriente de pico a promedio como resultado de las variaciones del voltaje de entrada. Finalmente, de la Figura 1, la salida del CEA se compara con la rampa de voltaje para obtener la señal PWM deseada para impulsar el MOSFET de potencia.
La Figura 2 muestra las formas de onda de control de la Figura 1. Tenga en cuenta la inversión de la señal de corriente del inductor iL (rojo) en comparación con la onda de diente de sierra. El pestillo SR que sigue al comparador PWM evita que el ruido provoque rebotes de señal. De manera similar, la señal del reloj restablece la rampa de diente de sierra, eliminando virtualmente la posibilidad de picos de ruido que provoquen que el MOSFET se apague prematuramente. Otra característica importante de esta técnica de control es que no se requiere compensación de pendiente para ciclos de trabajo superiores al 50%. Esto se debe a que la lámpara de diente de sierra ya proporciona esta compensación.
En el ejemplo del convertidor reductor de la Figura 1, el bucle interno compensa las variaciones del voltaje de entrada. A medida que aumenta el voltaje de entrada, la señal de corriente de CEA tiene una pendiente descendente más pronunciada (Figura 2) y un ciclo de trabajo más estrecho. Sin embargo, el lazo exterior compensa los cambios en el voltaje de salida causados por los cambios de carga. El VEA programa la corriente del inductor para que la sección de potencia muestre una respuesta unipolar y simplifique la compensación del bucle de tensión.
Compensar el CEA es una tarea sencilla si sigue las pautas recomendadas en la hoja de datos de MAX5060/MAX5061. Los controladores CC-CC MAX5060/MAX5061 abordan todos los problemas de diseño anteriores y brindan todas las características necesarias para implementar convertidores CC-CC eficientes, silenciosos y rentables. La Figura 3 muestra el CEA del dispositivo con la red de compensación recomendada. Se prefiere esta red porque el CEA no proporciona acceso directo a su entrada inversora. Tenga en cuenta que CEA es un amplificador de transconductancia. Eso significa que tiene una impedancia de salida relativamente alta en comparación con los amplificadores operacionales estándar.
Para optimizar el bucle de corriente, se hace que la pendiente descendente de la corriente del inductor iL (señal roja en la Figura 2) siga la pendiente de una rampa en diente de sierra. También es importante que iL no sobrepase la rampa. De lo contrario, pueden producirse oscilaciones subarmónicas e inestabilidad.
Conclusión
Los diseñadores han propuesto los CMC como una excelente técnica para operar convertidores CC-CC, pero el requisito de una mayor eficiencia a través de resistencias de detección de corriente económicas ha reducido uno de los principales inconvenientes de los CMC: la susceptibilidad al ruido. La tecnología de ACMC en el MAX5060/MAX5061 resuelve este problema de ruido y otros. ACMC permite el diseño de convertidores CC-CC que cumplen los requisitos de los microprocesadores de alto rendimiento, en particular los que se encuentran en los sistemas telemáticos y multimedia automotrices.