Alimentari in curent continuu - Decuplarea alimentarilor in curent continuu

Alimentari in curent continuu

1. Decuplarea alimentarilor in curent continuu

La bornele de alimentare in c.c. ale circuitelor electronice se monteaza intotdeauna un condensator de decuplare (a alimentarii). Rolul acestui condensator este de a mentine constanta tensiunea la borne. Variatii ale tensiunii se produc din doua cauze:

pe conductoarele de alimentare se induc tensiuni datorita campurilor electromagnetice si cuplajului parazit prin conductor comun de masa sau prin bucla de masa;

datorita caderilor de tensiune pe impedanta conductoarelor de alimentare datorate variatiilor curentului absorbit de circuit.

Valorile necesare pentru condensatoarele de decuplare se adopta adesea empiric, eventual dupa recomandari, de regula mult mai mari decat este necesar, evident, mai scumpe

Pentru calculul condensatorului de decuplare se poate schematiza situatia ca in fig. 1. La inchiderea comutatorului K apare o variatie de curent ΔI care pe impedanta conductoarelor de alimentare (R si L) determina o cadere de tensiune ΔV. Se defineste impedanta tranzitorie Z_T : . Variatia de curent apare sub forma unui impuls tranzitoriu, cu o componeta spectrala. Fata de o armonica cu frecventa ω, circuitul RLC prezinta o impedanta "vazuta" dinspre sarcina (fig. 1):

(1)

Aceasta este impedanta unui circuit RLC paralel cu frecventa de rezonanta , la care impedanta este maxima.

Dintre componentele spectrale ale impulsului de curent, cea mai mare cadere de tensiune este determinata de cele cu frecvente in jurul rezonantei ω₀. Este suficient ca la frecventa de rezonanta caderea de tensiune la bornele sarcinii sa fie mai mica decat o valoare impusa ΔV_nec, pentru ca circuitul sa nu fie afectat. Aceasta inseamna ca impedanta tranzitorie la rezonanta sa fie mai mica decat valoarea necesara:

(2)

Din (1), cu ω = ω₀ rezulta: , deci:

si (3)

Din conditia , rezulta valoarea necesara pentru condensator:

(4)

Valoarea minima se obtine pentru R →∞ (sursa este de curent): .

In fig. 2 s-a trasat in functie de raportul . Rezulta ca se poate reduce valoarea condesnsatorului montand o rezistenta suplimentara de valoare mica. Se observa ca nu are sens cresterea rezistentei peste (0,5 0,8); pierderea e tensiune continua pe aceasta rezistenta se poate usor compensa din alimentare.

Din rel. (4) rezulta si necesitatea reducerii inductivitatii conductoarelor de alimentare prin: utilizarea conductoarelor plate si apropiate, apropierea conductoarelor imprimate si torsadarea firelor.

Un exemplu. O placa cu circuite digitale MOS alimentate la 3V consumand in medie I = 200mA. La comutatie se realizeaza o variatie de curent ΔI = 20mA in Δt = 2ns.Alimentarea se face prin conductoare imprimate de 35μm late de 5mm si lungi de 10cm. Inductivitatea si rezistenta conductoarelor sunt: L = 195nH, R = 20mΩ. Variatia de tensiune tranzitorie in lipsa condensatorului de decuplare este ΔV = L∙ΔI/Δt = 1,66V - foarte mare. Impunand ΔV_nec = 0,01∙3 = 0,03V, din (2) rezulta Z_T = ΔV_nec /ΔI = 1,5Ω. Din (4) se obtine C_nec =6,54μF, deci se va utiliza C = 10μF electrolitic. Montand R_suplimentar = 0,1Ω pe care caderea de tensiune de 20mV este neglijabila, se obtine: C_nec =1,13μF - se poate folosi C = 1,2 1,5μF, ceramic mai ieftin, mai mic si existent in varianta SMD.

In cazul mai multor subansmble alimentate de la aceeasi sursa, pe fiecare bloc "i" se monteaza C_i de decuplare. La bornele sursei se monteaza C_s = (0,1 1)∙ΣC_i. Valoarea lui C_s poate fi mai mica decat ΣC_i deoarece C_i sunt active si nu toate circuitele comuta simultan.