Wie überträgt man einen hohen Strom (2,6 A) mit einer niedrigen Spannung (1,2 V) über eine lange Distanz?

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Ich möchte einen DSP mit 1,2V versorgen. Dieser DSP benötigt bei Volllast 2,6 Ampere Strom. Die minimale Versorgung basierend auf den elektrischen Spezifikationen dieses DSP beträgt 1,16 V, was bedeutet, dass der maximale Spannungsabfall, der durch Energieebenen, Leiterbahnen und Steckverbinder verursacht wird, 40 mV nicht überschreiten sollte.

In meinem Fall war es sehr schwierig, dies zu erreichen, da der Abstand zwischen Stromquelle und DSP etwa 8000 Mil (~ 20 cm) beträgt und diese Versorgung über zwei Anschlüsse erfolgt, die 100 mOhm hinzufügen, sodass der Abfall 260 mV (100 mx) beträgt 2.6A) ohne die Impedanz in der Ebene zu zählen. Ich habe ein einfaches Schema für meinen Fall gezeichnet, das im nächsten Bild gezeigt wird:

Einfaches Schema, um das Problem zu zeigen

Meine Fragen sind:

  • Ist der Gesamtabstand nur 20 cm? oder soll ich den rücklauf so addieren, dass der tatsächliche abstand 40 cm beträgt? ( Viel schlimmer :( )

  • Wie kann ich dieses Problem lösen? in dem Wissen, dass der Abstand zwischen Quelle und DSP nicht weniger als 20 cm betragen darf. Sollte ich neben dem DSP einen weiteren Regler hinzufügen? Oder ist es besser, eine etwas größere Spannung zu erzeugen, um diesen Abfall zu kompensieren? (Es gibt andere Komponenten, die eine 1,2 V-Versorgung benötigen und sich in unterschiedlichen Abständen vom DSP befinden).

  • Wie kann ich die Ebenenimpedanz berechnen, die im obigen Bild als R (Ebene) dargestellt ist?

# Edit 1:

Bezüglich Punkt 1 ist der Gesamtabstand jetzt leider 40 cm.

Ich dachte an eine Lösung, um den Widerstand der Steckverbinder zu reduzieren, die der Hauptfaktor für den hohen Widerstand sind. Laut Steckerdatenblatt beträgt der Widerstand des Stifts 25 mOhm, ich habe zusätzliche freie Stifte, daher verwende ich 8 Stifte, um die 1,2 V zu übertragen, sodass die Spannung jetzt durch 8 geteilt wird Sie wissen nicht, ob dieser Widerstand nur für den Stift gilt, oder ist er der Gesamtwiderstand nach dem Zusammenstecken? und nach der Paarung sollten sie als Serien- oder Parallelwiderstände behandelt werden?

Abdella
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Für Nummer eins wird die GND des DSP durch die Spannung auf der Rückleitung beeinflusst, daher wird sie viel höher sein. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie eine höhere Spannung am Eingang benötigen. Die ganze Situation schreit einfach "Regler neben DSP" für mich, aber wenn Sie Rauschprobleme in der Nähe von DSP erwarten, wird es schwierig sein, einen Switcher zu entwerfen und einen linearen zu finden.
AndrejaKo
Was die ebene Impedanz betrifft, können Sie mit der Karte Folgendes ausprobieren: Nehmen Sie eine Konstantstromquelle, stellen Sie sie auf 1 A ein, schließen Sie sie anstelle der Stromversorgung an, schließen Sie die Vcc- und GND-Pads des DSP kurz und messen Sie den Spannungsabfall zwischen dem Source- und Vcc-Pin und dann zwischen dem GND-Pin und dem anderen Ende der Source. Daraus sollte es einfach sein, den Widerstand zu berechnen, und die meisten Multimeter sollten Niederspannungen besser messen können als niedrige Widerstände. Sie können beispielsweise mit LM317 eine einfache Konstantstromquelle herstellen.
AndrejaKo
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Wenn Sie den Widerstand nicht messen können, können Sie versuchen, den Widerstand der Ebenen zu berechnen, indem Sie eine der Kupferwiderstandstabellen im Internet suchen und dann das Volumen des Kupfers (oder der Oberfläche, abhängig von der Art des Tisches, den Sie verwenden) berechnen get) im Flugzeug und multiplizieren Sie es dann mit dem spezifischen Widerstand von Kupfer
AndrejaKo
Andrejako, das klingt nach einer guten Antwort für mich.
Kellenjb
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Der Verbindungswiderstand gilt für zusammengesteckten Stift und Buchse. Wenn Sie N von ihnen verwenden, sinkt der Widerstand um den Faktor ABOUT N.
Russell McMahon

Antworten:

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Im Allgemeinen ist es keine gute Idee, die geregelte Endleistung über eine beliebige Entfernung zu drücken. In Ihrem Fall wird es eindeutig nicht funktionieren. Ja, der Rückweg erhöht den Gesamtwiderstand, da er mit der Last in Reihe geschaltet ist. Es ist seltsam, dass Sie Stecker in der positiven Versorgung haben, aber nicht im Boden. Wenn dies eine feste Installation ist, warum dann nicht Drähte von einem Ende zum anderen löten?

Ein besserer Weg, um mit dem Bedarf an verteilter geregelter Leistung umzugehen, insbesondere bei niedriger Spannung und hohen Strömen, besteht darin, eine höhere, grob geregelte Spannung zu verteilen und die endgültige, eng geregelte Spannung lokal zu erzeugen. Dies macht zwei nützliche Dinge:

  1. Der Abfall bei der Verteilung der höheren Spannung spielt keine Rolle, da ohnehin auf die Endspannung geregelt wird. Sie müssen sicherstellen, dass die Spannung an der anderen Seite mindestens dem Mindestwert entspricht, der für die ordnungsgemäße Funktion dieses Reglers erforderlich ist, aber dieser Headroom lässt sich in der Regel leicht einbauen.

  2. Im Fall von lokalen Reglern als Schaltern hat die höhere Spannung weniger Strom, was bedeutet, dass sie auch über die Entfernung weniger Spannungsabfall hat, wobei weniger Energie verschwendet und Wärme behandelt werden muss.

Woher kommt also Ihre 1,2-V-Versorgung? Sie haben wahrscheinlich eine höhere Spannung mit einem Abwärtswandler irgendwo. Senden Sie diese höhere Spannung über die Distanz und setzen Sie einen Abwärtsregler direkt am DSP ein. Beachten Sie, dass dadurch die Anforderungen an die 1,2-V-Versorgung auf der Hauptplatine gelockert werden. Zwei kleinere Abwärtsregler sind immer noch teurer als ein größerer, aber es hilft etwas, wenn beide kleiner sind. Es verteilt auch die Wärme von etwaigen Verlusten, was in der Regel den Umgang damit erleichtert.

Als Antwort auf Ihren Kommentar hinzugefügt:

Wenn Sie einen lokalen Regler wirklich wirklich nicht an die Last anschließen können, ist es das zweitbeste, eine Sinneslinie zurückzubekommen. Diese Leitung meldet die aktuelle Spannung am fernen Ende an den Regler auf der Hauptplatine zurück. Diese Spannung wird als Rückkopplung verwendet, so dass die Spannung am fernen Ende reguliert wird. Die Spannung am Regler wird dann automatisch nach Bedarf erhöht, um den Spannungsabfall auf dem Weg zur Last zu überwinden. Die Erfassungsleitung erfährt diese Spannungsabfälle nicht, da durch sie nur sehr wenig Strom fließt. Es ist nur ein Spannungsrückkopplungssignal.

Wenn die Masseverbindung auch einen signifikanten Spannungsabfall aufweisen kann, wird es schwieriger. Manchmal benutzt man zwei Sense-Leitungen und behandelt sie am Netzteil unterschiedlich. Manchmal gehen Sie davon aus, dass die Spannungsabfälle in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung etwa gleich sind, und fügen ein wenig Verstärkung in die Erfassungsschaltung ein. Manchmal stellen Sie den Ausgang der Versorgung einfach etwas höher ein, um den nominalen Gesamtspannungsabfall zu kompensieren, und versuchen, überhaupt nicht aktiv zu regeln.

Olin Lathrop
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Vielen Dank, Olin, du hast mir einen Fehler beim Zeichnen der Schaltpläne und damit einen Fehler bei der Berechnung gezeigt! Ich sollte die gleichen Widerstände auf der Stromleitung zum Rückweg hinzufügen und neu berechnen. Ich stimme Ihnen zu, dass es viel besser ist, wenn sich die geregelten Endversorgungen in der Nähe der Last befinden, insbesondere bei diesen niedrigen Spannungen, aber die mechanischen Einschränkungen haben mich gezwungen, mich auf zwei Platinen aufzuteilen, und es ist nicht genug Platz vorhanden, um Leistungsregler in der Nähe der zu platzieren Ladungen: /
Abdella
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Wow, das war's! Mein Regler hat diese Sinneslinie, ich werde es verwenden. Gibt es eine optimale Möglichkeit, diesen Pin mit dem DSP zu verbinden? Da der DSP mehrere 1,2-V-Pins hat, sollte ich ihn an den am weitesten entfernten Pin anschließen? Ich habe das Datenblatt des Reglers überprüft, aber es gab keine Hinweise zum Anschluss an komplexe ICs. Danke vielmals!
Abdella
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@Abdella Sie sollten alle 1,2-V-Pins miteinander verbinden. Dann schließen Sie die Stromversorgung an und
Brad Gilbert
@BradGilbert Der von mir verwendete Schaltregler hat + Sense und -Sense und sie empfehlen, dass der + Sense in der Nähe der Last und -Sense in der Nähe der Quelle an GND angeschlossen wird. Das Problem ist, dass es auch einen FPGA gibt, der 1,2 V benötigt, so dass sowohl der DSP als auch der FPGA an eine 1,2 V-Ebene angeschlossen sind. Und jeder von ihnen hat Dutzende von 1,2 V-Pins. Aus diesem Grund kann ich nicht feststellen, welche Verbindung für dieses Erfassungssignal am besten geeignet ist.
Abdella
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@Abdella: Wenn alle diese verschiedenen Pins mit einer Ebene verbunden sind, besteht zwischen ihnen nur eine geringe Spannungsdifferenz. Der Hauptpunkt ist die Kompensation des Spannungsabfalls an den Steckverbindern. Das Anschließen der Sensorleitung an einer beliebigen Stelle in der Ebene auf der endgültigen Platine (nach allen Anschlüssen) sollte ausreichend sein. Stellen Sie die Verbindung ungefähr in der Mitte aller Stifte her, aber machen Sie sich keine Sorgen, wenn dies zu unpraktisch ist. Die letzten mV sollten keine Rolle spielen, solange Sie sich aufgrund der Anschlüsse um die 100 mV gekümmert haben.
Olin Lathrop
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Der Verbindungswiderstand gilt für zusammengesteckten Stift und Buchse. Wenn Sie N davon verwenden, sinkt der Widerstand um den Faktor ABOUT N.

Sie wollen wirklich den Regler in der Nähe des DSP. Wenn Sie zwei Steckverbinder haben und diese den Hauptwiderstand darstellen (wie Sie sagen), variieren sie hinsichtlich des Widerstands in Abhängigkeit von den Umständen, dem Alter, der Temperatur und mehr und führen zu einem unsicheren Ergebnis.

Wenn die Anschlüsse 100 Milliohm hinzufügen und Sie 2,6 A haben, erhalten Sie einen Abfall von 260 MilliVolt. WENN 40 mV die maximal tolerierbare Spannung ist, können Sie eine Rückwandplatine hinzufügen, die immer noch über der Spezifikation von 260/40 ~ = 6,5: 1 liegt. Sie würden mindestens 6,5 parallele Pin-Paare benötigen, um die Spannung dieses Steckverbinders auf ein zulässiges Maß zu reduzieren und dann den Rest des Stromkreises und den Rückweg zu behandeln. WENN der 50-Milliohm-Wert tatsächlich ein typischer Durchschnittswert ist, liegt eine fast unlösbare Situation vor. Wenn sich auf dem Rückweg eine gleiche Anzahl von Steckverbindern mit 50 Milliohm befindet, wird das Problem einfach unmöglich.

["Nichts ist unmöglich!" wenn man bestimmte sportschuhe macht, ist das hier aber einfach unmöglich. ]

Wenn Sie den Regler nicht zum DSP bringen können, besteht eine praktikable Lösung darin, Fern- oder "Kelvin" -Sensorik zu verwenden. dh eine Spannungserfassungsleitung vom Regler zur stromlosen Last verlegen und die Speisespannung entsprechend einstellen. Dies ist zwar einfach zu bewerkstelligen, aber Sie möchten offensichtlich, dass der Messkreis NIEMALS offen bleibt (da die Spannung ansteigt, um zu versuchen, dies zu kompensieren), und Sie müssen sich mit Rauschen usw. im Messkreis befassen. Nicht schwer, aber ...

Russell McMahon
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Vielen Dank, Russell, wie kann ich anhand des Datenblattes feststellen, dass der angegebene Stiftwiderstand für zusammengefügte Teile gilt? Ich kann es nicht eindeutig finden, oder ist dies eine bekannte Art, es in Datenblättern zu erwähnen?
Abdella
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@Abdella - Steckerkontaktwiderstand ist nur als Steckerpaar sinnvoll. dh in den Kontakt - über die Schnittstelle zum anderen Kontakt - auf die andere Leiterplatte. Dies ist der tatsächliche Übergangspunkt von Platine zu Platine, dessen Widerstand angegeben wird. Der Widerstand des Steckverbinders ist im Vergleich zum Widerstand zwischen den Kontakten gering.
Russell McMahon
Ja Russell, Sie hatten Recht, ich habe den Hersteller kontaktiert und sie haben geantwortet, wie Sie sagten. Danke noch einmal.
Abdella