Jak przesyłać wysoki prąd (2,6 A) przy niskim napięciu (1,2 V) na dużą odległość?

16

Chcę zasilić procesor DSP napięciem 1,2 V. Ten procesor DSP potrzebuje 2,6 A prądu przy pełnym obciążeniu. Minimalne zasilanie oparte na specyfikacjach elektrycznych tego DSP wynosi 1,16 V, co oznacza, że ​​maksymalny spadek napięcia spowodowany przez płaszczyzny zasilania, ślady i złącza nie powinien przekraczać 40 mV.

W moim przypadku było mi bardzo trudno to osiągnąć, ponieważ odległość między źródłem zasilania a procesorem DSP wynosi około 8000 mil (~ 20 cm), a to zasilanie przechodzi przez dwa złącza, które dodają 100 mOhm, więc spadek wynosi 260 mV (100m x 2.6A) bez zliczania impedancji w płaszczyźnie. Narysowałem prosty schemat dla mojego przypadku pokazanego na następnym obrazku:

Prosty schemat pokazujący problem

Moje pytania to:

  • Czy łączna odległość wynosi tylko 20 cm? czy powinienem dodać zwrot, aby rzeczywista odległość wynosiła 40 cm? ( Duzo gorszy :( )

  • Jak mogę rozwiązać ten problem? wiedząc, że odległość między źródłem a DSP nie może być mniejsza niż 20 cm. Czy powinienem dodać kolejny regulator obok DSP? czy może lepiej wygenerować nieco większe napięcie, aby zrównoważyć ten spadek? (istnieją inne elementy, które wymagają zasilania 1,2 V i znajdują się w różnych odległościach od DSP).

  • Jak obliczyć impedancję płaszczyzny pokazaną na powyższym obrazku jako R (płaszczyzna)?

# Edycja 1:

Jeśli chodzi o punkt 1, ok, całkowita odległość wynosi obecnie niestety 40 cm.

Pomyślałem o rozwiązaniu zmniejszającym rezystancję złączy, które są głównym czynnikiem wysokiej rezystancji. Zgodnie z kartą złączy, rezystancja pinu wynosi 25 mOhm, mam dodatkowe wolne piny, więc użyję 8 pinów, aby przesłać 1,2 V, więc teraz jest podzielony przez 8, ale pytanie brzmi: nie nie wiesz, czy ten opór dotyczy tylko szpilki, czy jest to suma po kryciu? a po kryciu należy je traktować jako rezystory szeregowe lub równoległe?

Abdella
źródło
2
Po pierwsze, na GND DSP ma wpływ napięcie na linii powrotnej, więc będzie o wiele wyższe. W praktyce oznacza to, że musisz mieć wyższe napięcie na wejściu. Cała sytuacja po prostu krzyczy do mnie „regulator obok DSP”, ale jeśli spodziewasz się problemów z hałasem w pobliżu DSP, przełącznik będzie trudny do uzyskania, a liniowy będzie trudny do znalezienia.
AndrejaKo
Jeśli chodzi o impedancję samolotu, możesz spróbować czegoś takiego, jeśli masz płytkę: Uzyskaj źródło stałego prądu, ustaw wartość 1 A, podłącz go zamiast zasilacza, zewrzyj pady Vcc i GND DSP i zmierz spadek napięcia między źródłem a pinem Vcc, a następnie między pinem GND a drugim końcem źródła. Na tej podstawie powinno się łatwo obliczyć rezystancję, a większość multimetrów powinna być lepsza w pomiarze niskich napięć niż w pomiarach niskich rezystancji. Możesz zrobić proste źródło prądu stałego za pomocą powiedzmy LM317.
AndrejaKo
1
Jeśli nie możesz zmierzyć rezystancji, możesz spróbować obliczyć rezystancję samolotów, znajdując jedną z tabel oporności miedzi w Internecie, a następnie obliczyć objętość miedzi (lub powierzchnię, w zależności od rodzaju stołu) get) w samolocie, a następnie pomnóż go przez opór właściwy miedzi
AndrejaKo
Andrejako, to brzmi dla mnie jak dobra odpowiedź.
Kellenjb
1
Rezystancja połączenia dotyczy dopasowanego wtyku i gniazda. Jeśli użyjesz N z nich, to opór obniży się o O AB.
Russell McMahon

Odpowiedzi:

19

Ogólnie rzecz biorąc, próba przesunięcia końcowej regulowanej mocy z dowolnej odległości nie jest dobrym pomysłem. W twoim przypadku to na pewno nie zadziała. Tak, ścieżka powrotna zwiększa całkowity opór, ponieważ jest ona szeregowa z obciążeniem. Dziwne jest, że masz złącza w dodatnim zasilaniu, ale nie w ziemi. Jeśli jest to instalacja stała, to dlaczego nie lutować drutów z jednego końca na drugi?

Lepszym sposobem radzenia sobie z potrzebą rozproszonej regulowanej mocy, szczególnie przy niskim napięciu i wysokim prądzie, jak masz, jest dystrybucja wyższego zgrubnie regulowanego napięcia i sprawienie, by końcowe ściśle regulowane napięcie lokalnie. Robi to dwie przydatne rzeczy:

  1. Spadek dystrybucji wyższego napięcia nie będzie miał znaczenia, ponieważ i tak będzie regulowany do napięcia końcowego. Musisz upewnić się, że napięcie na drugim jest co najmniej minimalne wymagane do prawidłowego działania tego regulatora, ale ten zapas jest zwykle łatwy do wbudowania.

  2. W przypadku przełączników lokalnych, które są przełącznikami, wyższe napięcie będzie miało mniejszy prąd, co oznacza, że ​​będzie również miało mniejszy spadek napięcia na całej odległości, przy mniejszej marnowanej mocy i mniejszym zapotrzebowaniu na ciepło.

Skąd więc pochodzi napięcie 1,2 V. Prawdopodobnie masz gdzieś wyższe napięcie z konwerterem buck. Wyślij to wyższe napięcie na odległość i umieść regulator buck bezpośrednio na DSP. Należy pamiętać, że zmniejsza to wymagania dotyczące zasilania 1,2 V na płycie głównej. Dwa mniejsze regulatory buck nadal będą droższe niż jeden większy, ale pozwolenie na oba będą nieco pomocne. Rozprowadza również ciepło z wszelkich strat, co zwykle sprawia, że ​​łatwiej sobie z tym poradzić.

Dodano w odpowiedzi na twój komentarz:

Jeśli naprawdę nie możesz postawić lokalnego regulatora według obciążenia, następną najlepszą rzeczą jest powrót linii sensownej. Ta linia zgłasza faktyczne napięcie na drugim końcu z powrotem do regulatora na płycie głównej. Napięcie to jest wykorzystywane jako sprzężenie zwrotne, dzięki czemu napięcie na drugim końcu jest regulowane. Napięcie na regulatorze będzie wówczas automatycznie odpowiednio wyższe, aby przezwyciężyć spadek napięcia w drodze do obciążenia. Linia pomiarowa nie odczuwa tych spadków napięcia, ponieważ przepływa przez nią bardzo mało prądu. To tylko sygnał zwrotny napięcia.

Jeśli połączenie uziemienia również może mieć znaczny spadek napięcia, staje się trudniejsze. Czasami używasz dwóch linii zmysłowych i traktujesz je różnie przy zasilaniu. Czasami zakładasz, że spadki napięcia do przodu i do tyłu będą w przybliżeniu równe i dodają odrobinę wzmocnienia w obwodzie czujnika. Czasami wystarczy ustawić nieco wyższą moc wyjściową, aby zrekompensować nominalny całkowity spadek napięcia i nie próbować aktywnie regulować wokół niego.

Olin Lathrop
źródło
1
Wielkie dzięki, Olin, pokazałeś mi błąd, który popełniłem przy rysowaniu schematów, a co za tym idzie błąd w obliczeniach! Powinienem dodać te same rezystory na linii zasilającej do ścieżki powrotnej i przeliczyć ponownie. Zgadzam się z tobą, że znacznie lepiej, aby końcowe regulowane zapasy były blisko obciążenia szczególnie w tych niskich napięciach, ale ograniczenia mechaniczne zmusiły mnie do podzielenia się na dwie tablice i nie ma wystarczająco dużo miejsca, aby umieścić regulatory mocy w pobliżu ładunki: /
Abdella
1
Wow, to wszystko! Mój regulator ma tę linię wyczucia, użyję jej. Czy istnieje optymalny sposób podłączenia tego pinu do DSP? ponieważ DSP ma kilka styków 1,2 V, czy powinienem podłączyć go do najdalszego styku? Sprawdziłem arkusz danych regulatora, ale nie było żadnych notatek na temat połączenia ze złożonymi układami scalonymi. Wielkie dzięki!
Abdella
1
@Abdella Powinieneś połączyć wszystkie piny 1,2 V. Następnie podłączasz moc i wyczuwasz do nich linie
Brad Gilbert
@BradGilbert Regulator przełączania, którego używam, ma + Sense i -Sense i radzą, że + Sense powinien być podłączony blisko obciążenia, a -Sense podłączony do GND blisko źródła. Problem polega na tym, że istnieje układ FPGA, który również potrzebuje napięcia 1,2 V, więc zarówno DSP, jak i FPGA są podłączone do płaszczyzny 1,2 V. I każdy z nich ma dziesiątki styków 1,2 V. Dlatego nie mogę ustalić, jakie jest najlepsze połączenie tego sygnału zmysłowego ?!
Abdella
2
@Abdella: Jeśli wszystkie te różne piny są podłączone do płaszczyzny, wówczas napięcie między nimi będzie niewielkie. Głównym celem jest kompensacja spadku napięcia na złączach. Podłączenie linii sensownej w dowolnym miejscu w płaszczyźnie na końcowej planszy (po wszystkich złączach) powinno wystarczyć. Wykonaj połączenie gdzieś pośrodku wszystkich pinów, ale nie martw się, jeśli będzie to zbyt niewygodne. Ostatnie kilka mV nie powinno mieć znaczenia, o ile zadbałeś o setki mV ze względu na złącza.
Olin Lathrop
7

Rezystancja połączenia dotyczy dopasowanego wtyku i gniazda. Jeśli użyjesz N z nich, wówczas opór spada o O AB.

Naprawdę chcesz regulator w pobliżu DSP. Jeśli masz dwa złącza i są one głównym oporem (jak mówisz, że tak jest), wówczas będą się różnić oporem w zależności od okoliczności, wieku, temperatury i innych, co da niepewny wynik.

Oczywiście, jeśli złącza dodają 100 miliomów, a masz 2.6A, to otrzymasz 260 miliwoltów spadku. JEŻELI 40 mV jest maksymalnym dopuszczalnym napięciem, możesz dodać nieskończoną powrotną płytę montażową i nadal będzie przekraczać specyfikację o 260/40 ~ = 6,5: 1. Będziesz potrzebował co najmniej 6,5 równoległych par pinów, aby zmniejszyć napięcie tylko tego złącza do dopuszczalnego poziomu, a następnie mieć resztę obwodu i ścieżkę powrotną. JEŻELI wartość 50 miliomów jest w rzeczywistości typową wartością średnią, to masz prawie trudną sytuację. Jeśli na ścieżce powrotnej znajduje się taka sama liczba złącza przy 50 miliohmach, problem po prostu staje się niemożliwy.

["Nie ma rzeczy niemożliwych!" jeśli robisz pewne buty sportowe, ale jest to po prostu niemożliwe. ]

Jeśli nie możesz przynieść regulatora do DSP, wówczas wykonalnym rozwiązaniem jest użycie zdalnego wykrywania lub „Kelvina”. tzn. poprowadź linię pomiaru napięcia od regulatora do obciążenia, które nie przewodzi prądu i dostosuj napięcie zasilania do własnych potrzeb. Chociaż jest to łatwe do zrobienia, oczywiście chcesz, aby obwód czujnika NIGDY nie wszedł w obwód otwarty (ponieważ napięcie wzrośnie, aby spróbować skompensować), i musisz poradzić sobie z szumem itp. W obwodzie czujnika. Nie trudne, ale ...

Russell McMahon
źródło
Dzięki Russell, skąd mogę wiedzieć z arkusza danych, że wspomniana rezystancja sworznia dotyczy powiązanych części? Nie mogę tego jasno stwierdzić, czy jest to znany sposób wspominania go w arkuszach danych?
Abdella
1
@Abdella - rezystancja styku złącza ma sens tylko wtedy, gdy jest uważana za parę wtyczek. tj. do kontaktu - poprzez interfejs do drugiego kontaktu - na drugą płytkę drukowaną. t jest rzeczywistym punktem przejścia między płytami, którego opór jest określony. Rezystancja korpusu złącza będzie niska w porównaniu do rezystancji międzykontaktowej.
Russell McMahon
Tak, Russell, miałeś rację, skontaktowałem się z producentem, który odpowiedział, jak powiedziałeś. Dzięki jeszcze raz.
Abdella