Medición de la corriente en un convertidor Buck

Question

Hemos desarrollado un prototipo de convertidor Buck regulado por PID realizado en torno al AVR XMega. 6-17V en la entrada, 5-10 en la salida, límite de corriente de 15A, conmutación PWM de 500kHz. El problema es, cómo hacer que funcione la protección de sobrecorriente.

1. Primero hemos probado a utilizar el ZXCT1107 acompañado de un 1mR resistencia de detección y un 10k en la salida, haciendo que la tensión de salida \$V_{Out} = 0.04*I\$ de acuerdo con la hoja de datos \$4mA/V\$ valor de la transconductancia. También se creó una red RC en la entrada diferencial, como dice la hoja de datos. La salida se alimentaría entonces en el comparador analógico en chip.

Esto resultó no funcionar en absoluto cuando el convertidor estaba en funcionamiento. El valor eficaz de la señal de salida permanecía en cero. Así que pensé: "sí, el regulador está perdiendo demasiada corriente". Error, desconectar el XMega no ayudó. Cuando probamos a puentear todos los circuitos de conmutación y forzar una agradable y dulce corriente continua a través de la resistencia sensora, funcionó de maravilla. Exactamente lo que sospechaba. La conmutación provocaba transitorios de un par de voltios alrededor del dispositivo, haciéndolo inoperable. Aumentar la constante RC en la entrada no ayudó.

2. La segunda opción era no medir la corriente de salida, sino predecirlo. Esta no fue mi idea, pero la adopté ya que resolvería el problema eliminando varios componentes. Se basa en el hecho de que el ciclo de trabajo aumenta a medida que aumenta la corriente de salida. Esto es cierto, pero el siguiente gráfico demostró que sólo es viable cuando la relación Vout/Vin es lo suficientemente alta. No es el camino a seguir. (5V de salida; 7V-rojo, 12V, 17V-amarillo de entrada)

3. La última opción, siendo probablemente la más cara, resolvería con suerte nuestros problemas. Un amplificador diferencial dedicado a través de la resistencia de detección. Pero como no soy un tipo analógico, me dirijo a ti.

   • ¿Es posible hacer funcionar un amplificador diferencial con voltajes tan pequeños, como 15mV o menos?
   • ¿Hay alguna posibilidad de que ignore nuestros queridos transitorios, mientras que sólo pasa las frecuencias bajas?
   • ¿Es una mala solución utilizar un opamp normal porque -según he oído- los opamps normales tienen altos voltajes de offset de entrada?

Gracias a todos por adelantado, cualquier respuesta será bienvenida.

Answer 1

Tu suposición de que el ciclo de trabajo siempre aumenta al aumentar la carga sólo es cierta cuando el convertidor está en modo discontinuo (es decir, cuando la corriente del inductor cae a cero en cada ciclo de conmutación). No has dicho si tu buck es síncrono o no, y no has mencionado el tamaño de tu inductor, así que no podemos saber cuándo (o si) tu convertidor pasaría a CCM desde DCM.

A manera rápida y sucia para obtener una representación de la corriente del inductor es poner un R y un C en paralelo con el inductor de tal manera que el R y el C te den un voltaje proporcional a la corriente del inductor - este voltaje puede ser alimentado a un comparador para generar una señal de disparo por sobrecarga. (Funciona bien en CCM).