¿Qué ocurre con este SMPS simple?

Question

He estado leyendo en la electrónica de potencia y últimamente como un reto (y también un ejercicio de aprendizaje), diseñado mi primer cambiar la fuente de alimentación - un convertidor buck en este caso.

Es la intención para el suministro de 3.5-4.0 V (decidido por el diodo fuente de referencia) y hasta 3A con el fin de impulsar algunos LEDs de potencia con cualquier fuente de CC, que van desde un USB de 5V del cargador hasta una pila 9V PP3. Quiero un suministro eficiente, como la calefacción y la vida de la batería será un problema real (de lo contrario estaría pereza y utilizar un 7805+diodo).

NOTA: ya me di cuenta de que tengo la conmutación lógica al revés, necesito a intercambie las conexiones en el comparador o uso !Q a la unidad de los MOSFETs.

Mi elección de MOSFETs en lugar de BJTs fue debido a las pérdidas de potencia en un BJT, y la térmica de las cuestiones que surjan. Es esta decisión de usar MOSFETs más de BJTs/IGBTs debido a la mejora de la eficiencia de la derecha de la llamada?

En lugar de utilizar un PWM chip, como muchos aficionados de foros sugieren, decidí utilizar un comparador/reloj/seguro combinación para cambiar rápidamente entre la "carga" y "descarga". ¿Hay alguna desventaja particular de este enfoque? El CMOS de la palanca de bloqueo (D flip-flop) copias de datos para las salidas en el flanco de subida de los pulsos del generador de reloj (CMOS Schmitt inversor + comentarios).

La elección de las constantes de tiempo de esquina / frecuencias para el reloj y el dinero de paso bajo (10-100 khz y 10 hz, respectivamente) se destina a apoyar a la pequeña ondulación aproximación mientras que también permite que el condensador de salida a la carga en una cantidad razonable de tiempo desde el encendido. Es este conjunto de consideraciones para decidir los valores de estos componentes?

Además, ¿cómo iba yo a ir sobre cómo calcular el valor del inductor? Supongo que depende de la típica de la corriente de salida y el filtro de paso bajo valor del condensador, pero no puedo entender cómo.

[modificar:]

En el pasado, he utilizado la muestra MOSFET par (además del software PWM) para crear H-puentes para bi-direccional, motor de velocidad variable de control - y mientras yo guardaba el PWM periodo mucho mayor que el MOSFET de conmutación tiempo, el poder de los residuos de cortocircuito durante el cambio de era insignificante. En este caso, sin embargo, yo voy a reemplazar el N-mosfet con un diodo Schottky ya que nunca he usado un diodo Schottky antes y quiero ver cómo se comportan.

Yo uso un simple inversor+RC combinado para proporcionar la señal de reloj, ya que no necesito un particular consistente o preciso de la frecuencia de tiempo que es considerablemente mayor que el de la alta corte de la esquina de la frecuencia de la buck-boost.

[edit II:]

• La construí en una tarjeta y para mi sorpresa, funcionó de inmediato y sin ningún problema, y en ~92% de eficiencia (en comparación con el 94% que había calculado a partir de conmutación/componente de pérdidas).

• Tenga en cuenta que he omitido la resistencia en la etapa de salida, de la pereza - también yo no puedo recordar por qué me lo puso allí en el primer lugar.

• Omití la inversa del diodo en paralelo a la P-MOSFET, y también se utiliza un 1N5817 diodo Schottky (nota: 1A calificación) en lugar de la N-MOSFET. No el calor suficiente para que las puntas de mis dedos a la notificación. He ordenado un mayor voltaje de diodo aunque para cuando me arme el final de la unidad, que se ejecutará con la carga completa.

• Me soplaron accidentalmente el LM393 comparador durante las pruebas, pero una LM358AN tomó su lugar directamente sin ningún tipo de problemas.

• Como yo no puede encontrar nada decente circuito de diseño+diseño/enrutamiento de software que se ejecutará en Arch Linux x64 (o incluso de instalar, en el caso de los nativos de Linux software), he manualmente retomado de manera probablemente no funcionarán por el tiempo que soldados... Pero que sólo se suma a la "diversión", supongo!

• Los valores de los componentes utilizados: Reloj gen { 1kR, 100nF }; Buck salida { 330uH, 47uF }; condensador de Entrada [no aparece] { 47uF }; P-MOSFET { STP80PF55 }; N-MOSFET { diodo Schottky en su lugar, 1N5817 - para ser reemplazado con >=3A versión }; ICs { 40106 NXP, 4013 NXP, LM358AN }

Answer 1

Utilizar para el cálculo de smps en http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html

Ya diseñé flyback así como buck convertidores para LED iluminación usando este sitio web y cada vez era la mejor solución. Allí encontrará la dimensión de la bobina necesita (núcleo y bobina).

Answer 2

Creo que un mejor enfoque para la generación de la señal PWM es construir un adecuado control de bucle. No es claro para mí que el circuito será en realidad estabilizar donde usted lo desee.

Lo que usted debe hacer es construir un simple P o controlador PI. Tome su tensión de salida y su tensión de referencia y ponerlas a través de un amplificador diferencial para obtener una tensión de error. A continuación, ejecute este a través de un potenciómetro de modo que usted puede ajustar la ganancia. Si usted desea hacer que sea más precisa, se ejecuta a través de otro bote, un integrador y, a continuación, poner los dos de estos en un amplificador sumador. Esto le dará una salida que es proporcional al error y a la integral del error, con ajuste de ganancias. Luego de ejecutar este a una entrada de un comparador. La otra entrada del comparador sería de onda triangular a partir de un oscilador de relajación. La salida del comparador de conducir los MOSFETS, posiblemente con un MOSFET driver y tal vez algo de lógica adicional para evitar disparar a través de. Tendrás que jugar con el potenciómetro de configuración para obtener el mejor resultado.

Answer 3

El principal problema con este esquema es que habrá un momento durante el cambio cuando los dos MOSFETS será la realización de corriente y, a continuación, se corta la fuente de alimentación. Como regla general, este momento es corto y no se queman los Transistores, pero la eficiencia se verá afectada y no será de alta subidas de tensión en la fuente de alimentación.

Reemplazar la parte inferior MOSFET con Schottky diodo en inversa.

Sí, a través de un MOSFET puede aumentar la eficiencia, pero, a continuación, el esquema de las necesidades de controlador especial que para hacer tiempo muerto entre la conmutación de los transistores.

Answer 4

Sí, hay problemas de estabilidad y de un breve momento cuando ambos Fet se, pero la belleza de la utilización de un FET en el desplegable de la parte del circuito (es decir, sincrónico del convertidor buck) en lugar de un diodo schottky es este: -

1. Cualquiera que sea el deber de su ciclo de PWM es el voltaje de salida permanece constante como una fracción de la tensión de entrada - que son, en efecto, el uso de la L y C en la salida como un filtro de paso bajo para una entrada de onda cuadrada.
2. Cualquier carga que tiene conectada, proporcionando la Fet se lowish en la resistencia, en razón de que usted no necesita cambiar el PWM marca-espacio de relación.
3. Va a ser más eficiente en cargas más pesadas que un no-sincrónico buck regulador, pero el lado negativo es que la luz de carga será menos eficiente debido a que usted necesita corriente para manejar el N FET de canal porque de la puerta de la capacitancia.

Me gustaría también abogan por la construcción de un temporizador 555 generador de diente de sierra como la base de su sistema. Algo como esto: -

Me gustaría entonces se avance en un comparador rápido y, a continuación, el uso del comparador de salida de la unidad de las dos Fet. Los dos Fet puede ser "tiempo segregados", con un pequeño RC tiempo de retardo en la salida del comparador - el undelayed de salida y la demora en la salida de alimentar a una puerta and para uno de la puerta de unidades y lo mismo para la otra puerta de la unidad, pero el uso de una puerta NOR. Plan de 50ns tiempo de retardo.

Lo que obtienes es un medio decente buck síncrono conversor de que sólo tiene una entrada a la otra entrada del comparador para obtener el rendimiento requerido cambios en el ciclo. OK hasta ahora? A continuación, puede aplicar un simple lazo de control que reduce la 2ª entrada al comparador como el voltaje de entrada se hace más grande. Conseguir este trabajo y, a continuación, aplique una pequeña lazo de control que en realidad regula el PWM con la corriente de carga cambia un poco y esto sería, probablemente, el trabajo y la ausencia de retroalimentación negativa involucrados.

Entonces, como el toque final, y con el cuidado y sutileza aplicar un total de lazo de control para mantener mejor la salida estabilizada pero recuerde, con una sincronización de dinero que usted puede casi llegar a mitad de decente rendimiento estable sin lazos de control que utilizan la retroalimentación negativa - si usted está queriendo ir a este enfoque se lo recomiendo.

Sin embargo, para mí, acababa de llamar en Tecnología Lineal y conseguir el dispositivo que ya hace el trabajo.