Extender rango de voltaje de IC - AD85063

Extender rango de voltaje

AD85063

Introducción:

El circuito integrado AD85063 es un chip reductor de voltaje (step-down) que funciona mediante switching. Este chip puede recibir como entrada hasta 32V y la salida es fija de 5V. El objetivo es intentar extender este rango de voltaje para una fuente de 48V (o más).

Plan de acción:

• Para manejar el switching utilizaremos una referencia de 10V. Emplearemos un seguidor de emisor.
• Para extender el voltaje emplearemos un MOSFET.
• Hay que proteger el MOSFET de la carga inductiva. 

 

Circuito:

 

Extensor de voltaje para AD85063 

 

 Explicación:

Lamentablemente la hoja de datos del AD85063 está en chino (literalmente). 

A pesar de este inconveniente, podemos notar que el circuito de salida formado por los dos transistores se encuentra aislado de la parte del switching. Esto es bueno porque brinda cierta flexibilidad para que podamos agregar un MOSFET a la salida como en el circuito de arriba. Esto fue lo que motivó a realizar el circuito.

Esquema interno del AD85063

 

El resto del IC funciona como un IC de switching ordinario. Un comparador con referencia de 1.25V versus un cuarto del feedback recibido. Esto ocasiona un set en el flipflop y activa el par de transistores cada vez que el voltaje de salida caiga por debajo de 5V, así lo mantiene vivo. El circuito original propuesto por la hoja de datos es bastante simple:

Circuito propuesto por el Datasheet

El único agregado al circuito realmente es el mosfet. Cuando el par de transistores se prende, la puerta del mosfet se polariza y activa el mosfet.

El resto de componentes son medidas de seguridad, especialmente para proteger el mosfet. Dado que tenemos una carga inductiva, esta puede generar picos de voltaje. Por ello utilizamos un diodo de protección a través del inductor L1. También, utilizamos un diodo zener de 5V entre la puerta y la fuente del mosfet.

Resultados 

El experimento funcionó correctamente.

PD: Disculpen por el disipador, tuve que improvisar ya que no tenía uno a la mano.

Transistores BJT - Introducción - 00

Introducción a los Transistores BJT

En esta pequeña introducción no quiero entrar en detalles técnicos de los transistores ni de la física y matemática que lo estudia. En mi opinión no es bueno, ni para el alumno ni para el docente.

Es más fácil entender al transistor por lo que puede hacer, en lugar de por lo que es.

¿Qué puede hacer un transistor?

Básicamente dos cosas:

1. Amplificar una señal eléctrica

 El circuito con transistor recibe una señal débil y la amplifica o transforma en una señal de mayor voltaje o de mayor potencia.
¿Para qué?. Una señal pequeña y débil difícilmente puede ser "consumida"directamente por otro circuito porque se "extingue". Por ejemplo, en el caso de un repetidor de wifi, que recibe una señal ya un poco débil, la amplifica y la vuelve a enviar.

2. Conmutar, también llamado switching

Esto es tan simple como prender o apagar un circuito.

¿Para qué?. La respuesta es para tener mejor control del circuito.

Imaginemos que tenemos un robot en la luna, y queremos prender su luz delantera, si no existieran los transistores, lo normal sería ir hasta la luna y presionar un botón (o switch) para que se prenda la luz. Gracias a los transistores, solo con enviar una señal eléctrica es suficiente para prender o apagar la luz.

¿Por qué hay tantos circuitos con transistor si solo puede hacer dos cosas?

Todos los demás circuitos que involucren a un transistor generalmente nacen de las dos funciones mencionadas anteriormente: amplificación y switching.

No se pretende engañar al estudiante, la verdad es que hay infinidad de aplicaciones y la complejidad creciente es sobrecogedora, por no decir que asusta.

Un ejemplo de que en verdad asusta un poco:

 

Circuito interno de un amplificador operacional UA741CN.

Fuente: Texas Instruments

Pues eso desanima a cualquiera... (inserte risa desanimada)

 Sin embargo, no hay de que preocuparse, al conocer los bloques fundamentales de los transistores, entender estos diagramas será pan comido.

Inductive kickback o Contragolpe inductivo

Inductive Kickback

Introducción:

El contragolpe inductivo o más conocido como "inductive kickback" (en inglés) es un fenómeno eléctrico indeseado en la mayoría de circuitos con carga inductiva, esto es en circuitos con motores, transformadores, solenoides, etc.

Descripción del fenómeno:

Será más fácil mostrar un ejemplo con el siguiente circuito:

 

 Circuito de Prueba.

Tenemos un transistor común y corriente (2sc945) que posee como carga a un inductor L1 y a una resistencia R1. Este transistor se encuentra conduciendo alrededor de 15mA.

El experimento consiste en apagar el transistor con el botón S1 y ver qué sucede. Lo normal sería que el voltaje del colector cambie de 0.1v (en saturación) a 5v (en corte).

Sin embargo, esto no sucede inmediatamente a causa del inductor.

 

Observación del osciloscopio. Amarillo (Vc) y Azul (Vb).

La línea amarilla indica el voltaje del colector y la azul el voltaje de la base.

Vemos que cuando se apaga el transistor, el voltaje del colector empieza a aumentar empero, en lugar de detenerse al alcanzar los 5 voltios, continúa incrementándose hasta alcanzar 7.3v, que es el pequeño pico observado. En este caso fue pequeño porque así se diseñó la prueba, pero en la práctica este voltaje puede alcanzar los cientos o miles de voltios. De más está decir que un transistor ordinario no sobreviviría para contarlo.

Causas

El culpable es el inductor, pero es necesario explicar por qué.
El inductor es un elemento básico que sigue la siguiente relación matemática:

V=L(di/dt)

¿Qué significa esto?. Significa que si dt (el tiempo en el que se apaga el transistor) es muy corto entonces se generará un voltaje V bastante alto.

El osciloscopio muestra que el transistor se apaga en 20ns aproximadamente y según los datos la inductancia es de 10uh y la variación de corriente será de 15ma.

Finalmente, a las causas agregamos que a mayor inductancia L, mayor será el voltaje que aparecerá. También, si hay mayor corriente a través del inductor entonces el voltaje también aumentará.

Segundo experimento: aumentando la inductancia.

 Ahora que hemos visto las causas, intentaremos demostrar su veracidad mediante una pequeña variación: en lugar de usar un inductor de 10uh, utilizaremos uno de 47uh.

Variación del circuito de prueba, L=47uh

Podemos apreciar que el voltaje generado es mucho mayor, puesto que aumentamos la inductancia. Cabe resaltar que si aumentamos aún más la inductancia el resultado puede ser peligroso para los demás componentes del circuito, por ejemplo, para el transistor que usamos, el 2sc945, el máximo Vce que puede soportar es de 60v.

Contramedidas

Entre las contramedidas a este fenómeno, la más sencilla es colocar un diodo en paralelo al inductor. Esto forzará a que la diferencia máxima entre ambos terminales del inductor sea de una caída de diodo (0,6v apróx.).

Circuito de prueba. Diodo agregado.

 

 Observación del circuito con diodo agregado.

Vemos que el diodo ha tenido éxito en controlar el pico de voltaje indeseado.

A pesar de esto, si somos observadores, nos daremos cuenta que hay un pequeño efecto indeseado: el voltaje permanece 0.7v por encima del voltaje de la fuente mientras que lo normal sería que volviese de inmediato al voltaje de la fuente, es decir 5v.

Observación, escala horizontal de 200ns.

El volver a la normalidad (de 5.7v a 5v) toma alrededor de 1 microsegundo. ¡50 veces más que si no tuviese carga inductiva!

Si la velocidad de la conmutación es importante para la aplicación entonces esto se convertiría en un problema. De otro modo, si el tiempo de conmutación de la aplicación no es crítico entonces no habría problema.

Conclusiones

La última prueba fue hecha con 15ma a través del inductor y 47uh. El resultado si bien fue controlado, pudo haber sido mucho peor.

Qué hubiese sucedido si en lugar de un inductor pequeño tuviésemos, sin exagerar, un motor de juguete de 5v que consume alrededor de 300ma y una inductancia mayor, entonces el resultado podría ser desastroso.

La contramedida aplicada fue bastante eficiente en términos de control del voltaje, pero no en términos de velocidad.

Pickit 3 - Solución al error: "Target Device ID (0x0) is an Invalid Device ID"

Pickit3

Solución al error:

"Target Device ID (0x0) is an Invalid Device ID"

 Contexto:

En resumen, adquirí un Pickit3 por Aliexpress a un precio increíble. Evidentemente no es el dispositivo original, se trata de un clon.

El clon funcionó de maravilla la primera vez que lo usé en mi MPLABX IDE; sin embargo, luego lo desconecté y volví a conectar, intenté programar y no funcionó más programar mi pequeño PIC12F629.

El error que aparecía era: 

"Target Device ID (0x0) is an Invalid Device ID"

 Problema:

 ¿Qué fue lo qué pasó...?, ¿Qué originó el problema?

• ¿Quemé el microcontrolador
• ¿La configuración del proyecto había cambiado?
• ¿Conecté mal el PIC?
• ¿El pickit3 vino fallado?

No encontré el problema de inmediato, pero buscando en internet hallé un remedio: Utilizar la herramienta PICkit 3 Stand Alone Programmer App v1.0 
Este es link:
https://www.microchip.com/development-tools/pic-and-dspic-downloads-archive

Con esa herramienta he programado sin mayor problema, fue mi solución temporal por ese entonces, pero, ¿cuál había sido el error...?. Y sobre todo, programar de esta manera no era tan cómodo, tenía que tener MPLABX IDE abierto y cuando quería pasar el programa al PIC tenía que cambiar a la herramienta PICKIT3 Stand Alone Programmer. Y para colmo tenía que hacer todo esto en Windows, porque la herramienta mencionada no funcionaba en Linux.
Estuve cerca de dejar PIC y probar con AVR o STM.

Decidí probar con el anterior MPLAB IDE (no el moderno MPLABX IDE). Resultado: funcionó!. Sin embargo, no me convence: el MPLAB IDE es algo arcaico.

Hasta entonces, los programas antiguos funcionan, el moderno no.

Para no alargar más la historia, el problema fue el FIRMWARE del Pickit3. Las versiones antiguas utilizan un Firmware antiguo como era de suponer. Cada vez que usas alguno de los programas, este le descarga automáticamente al dispositivo (al pickit3) su versión de firmware.

¡La buena noticia, se puede escoger el firmware a utilizar!

 Solución:

Por ejemplo, utilizo el MPLABX IDE v3.65.
Este MPLABX utiliza el firmware 1.49.09, como se muestra en la imagen:

Y efectivamente no funciona.

En cambio, ahora emplearemos el MPLABX IDE v3.00, que es una versión anterior.

Vemos que ahora cargó el firmware 1.37.15. Y el dispositivo fue programado correctamente.

Nuestra misión ahora es configurar el firmware adecuado. También, queremos utilizar el último MPLABX (actualmente la versión 5.35), es bueno estar actualizados.

El MPLABX IDE v5.35 usa el firmware 01.56.07. Y el error es el mismo. 

Para cambiar el firmware:

1. Proyecto > Propiedades > Pickit3 > Firmware
   
   
2. Desmarcar la casilla "Use latest firmware".
   
   
   
3. Elegir el firmware adecuado. Yo usé la versión de firmware 1.37.15, el cual extraje del MPLABX IDE v3.00. Les comparto el link:
   https://drive.google.com/open?id=1sGIEZ4TduWa4ftPETGXU9Rg5XLfWajUh

Resultados y conclusiones:

• Se logra utilizar el último MPLABX IDE.
• Programa sin problemas.
• Ya no son necesarias otras herramientas antiguas.
• Los Pickit3 clones funcionan adecuadamente.
• Y sobre todo... el error "Target Device ID (0x0) is an Invalid Device ID" no vuelve a aparecer!

Espero les haya podido ser de ayuda.

 Actualización:

Ahora hice un video, espero les sea de utilidad:
https://www.youtube.com/watch?v=U_STydsRlNA

Primera entrada - Prólogo

Hola a todos,
Esta es la primera entrada del blog.
El propósito de este blog es registrar el progreso de mis experimentos e investigaciones a través de proyectos los cuales compartiré con todos los lectores.
Me gusta la ciencia en general, motivo por el cual, me esforzaré para mostrar experimentos variados.
Un taller personal tiene sus limitaciones, siendo los proyectos más fácilmente realizables aquellos que implican electrónica de baja potencia y computación. En caso se presenten las condiciones, variaré los temas a otras ramas de la física y/o química.