Apa yang salah dengan SMPS sederhana ini?

Saya telah membaca tentang elektronika daya belakangan ini dan sebagai tantangan (dan juga latihan pembelajaran), merancang catu daya switching pertama saya - konverter uang dalam hal ini.

Perangkat ini dimaksudkan untuk memasok 3.5-4.0V (diputuskan oleh sumber referensi dioda) dan hingga 3A untuk menggerakkan beberapa LED daya dengan sumber DC apa pun, mulai dari pengisi daya USB 5V hingga baterai PP3 9V. Saya ingin pasokan yang efisien, karena pemanasan dan masa pakai baterai akan menjadi masalah nyata (kalau tidak saya akan malas dan menggunakan dioda 7805 +).

CATATAN: Saya sudah memperhatikan bahwa saya mendapatkan logika switching dengan cara yang salah, saya harus menukar koneksi ke komparator atau menggunakan !Quntuk menggerakkan MOSFET.

Pilihan saya pada MOSFET daripada BJT adalah karena kehilangan daya dalam BJT, dan masalah termal muncul. Apakah keputusan ini untuk menggunakan MOSFET lebih dari BJT / IGBT karena peningkatan efisiensi panggilan yang tepat?

Daripada menggunakan chip PWM seperti yang disarankan oleh banyak forum hobi, saya memutuskan untuk menggunakan kombinasi komparator / jam / kait untuk dengan cepat beralih antara "pengisian" dan "pemakaian". Apakah ada kelemahan tertentu dari pendekatan ini? Kait CMOS (kegagalan D-flip) menyalin data ke output di tepi pulsa yang naik dari generator jam (inverter CMOS Schmitt + umpan balik).

Pilihan frekuensi konstanta waktu / sudut untuk jam dan lowpass buck (masing-masing 10-100 kHz dan 10Hz) dimaksudkan untuk mendukung perkiraan riak kecil sementara juga memungkinkan kapasitor output untuk mengisi daya dalam jumlah waktu yang wajar sejak power-on. Apakah ini seperangkat pertimbangan yang tepat untuk menentukan nilai-nilai komponen ini?

Selain itu, bagaimana cara menghitung nilai induktor? Saya akan berasumsi bahwa itu tergantung pada arus keluaran khas dan nilai kapasitor lowpass, tapi saya tidak tahu bagaimana caranya.

[sunting]

Di masa lalu, saya telah menggunakan pasangan MOSFET yang ditunjukkan (selain perangkat lunak PWM) untuk membuat H-bridges untuk bi-directional, kontrol kecepatan motor variabel - dan selama saya menjaga periode PWM jauh lebih besar daripada waktu switching MOSFET , pemborosan daya dari korslet selama switching dapat diabaikan. Dalam hal ini, saya akan mengganti N-MOSFET dengan dioda Schottky karena saya belum pernah menggunakan dioda Schottky sebelumnya dan ingin melihat bagaimana mereka berperilaku.

Saya menggunakan inverter + RC combo sederhana untuk memberikan sinyal jam karena saya tidak perlu frekuensi yang konsisten atau tepat selama itu jauh lebih tinggi daripada frekuensi sudut potong tinggi dari buck-boost.

[sunting II:]

• Saya membangunnya di atas papan tempat memotong roti dan mengejutkan saya, itu bekerja langsung tanpa masalah, dan pada efisiensi ~ 92% (dibandingkan dengan 94% yang saya hitung dari switching / kehilangan komponen).

• Perhatikan bahwa saya menghilangkan resistor pada tahap output, karena malas - juga saya tidak dapat mengingat mengapa saya meletakkannya di sana.

• Saya menghilangkan reverse diode parallel ke P-MOSFET, dan juga menggunakan 1N5817 Schottky diode (catatan: rating 1A) sebagai pengganti N-MOSFET. Tidak cukup panas untuk disadari ujung jari saya. Saya telah memesan diode dengan nilai lebih tinggi untuk ketika saya merakit unit akhir, yang akan berjalan dengan beban penuh.

• Saya tidak sengaja merusak komparator LM393 selama pengujian, tetapi LM358AN langsung menggantikannya tanpa masalah.

• Karena saya tidak dapat menemukan perangkat lunak desain + tata letak / perutean sirkuit yang layak yang akan berjalan di Arch Linux x64 (atau bahkan menginstal, dalam kasus perangkat lunak Linux asli), saya telah secara manual meletakkannya sehingga mungkin tidak akan berfungsi pada saat itu disolder ... Tapi itu hanya menambah "kesenangan" kurasa!

• Nilai komponen yang digunakan: Clock gen {1kR, 100nF}; Output uang {330uH, 47uF}; Input kapasitor [tidak diperlihatkan] {47uF}; P-MOSFET {STP80PF55}; N-MOSFET {Sebaliknya dioda Schottky, 1N5817 - harus diganti dengan> = 3A versi}; IC {40106 NXP, 4013 NXP, LM358AN}

Ya, ada masalah stabilitas dan momen singkat ketika kedua FET aktif tetapi keindahan menggunakan FET pada bagian pull-down dari rangkaian (yaitu konverter buck sinkron) bukan dioda schottky adalah ini: -

1. Apapun siklus kerja PWM Anda, tegangan output tetap konstan sebagai sebagian kecil dari tegangan input - Anda berlaku menggunakan L dan C pada output sebagai filter low pass ke input gelombang persegi.
2. Apa pun beban yang telah Anda sambungkan, asalkan FET memiliki daya tahan yang rendah, sehingga Anda tidak perlu mengubah rasio ruang tanda PWM.
3. Ini akan lebih efisien pada beban yang lebih berat daripada regulator uang yang tidak sinkron tetapi sisi buruknya adalah pada beban yang ringan itu akan kurang efisien karena Anda memerlukan arus untuk menggerakkan N channel FET karena kapasitansi gerbang.

Saya juga menganjurkan membangun generator gigi gergaji 555 sebagai dasar dari sistem Anda. Sesuatu seperti ini: -

Saya kemudian akan memasukkannya ke komparator cepat dan kemudian menggunakan output komparator untuk menggerakkan dua FET. Dua FET dapat "dipisahkan waktu" dengan penundaan waktu RC kecil pada output komparator - output yang tidak tertunda dan output yang tertunda akan memberi makan gerbang AND untuk salah satu drive gate dan sama untuk drive gate lain tetapi menggunakan gerbang NOR. Berencana mungkin penundaan waktu 50ns diperkenalkan.

Apa yang Anda dapatkan adalah konverter uang sinkron setengah layak yang hanya perlu input ke input komparator lainnya untuk mendapatkan perubahan siklus tugas yang diperlukan. OKE sejauh ini? Kemudian Anda dapat menerapkan loop kontrol sederhana yang menurunkan input ke-2 ke komparator saat voltase input semakin besar. Dapatkan ini bekerja dan kemudian menerapkan loop kontrol kecil lain yang sebenarnya mengatur PWM dengan perubahan arus beban sedikit dan ini mungkin akan bekerja dan tidak ada umpan balik negatif yang terlibat.

Kemudian, sebagai sentuhan terakhir, dan dengan hati-hati dan kehalusan, menerapkan loop kontrol keseluruhan untuk menjaga output lebih stabil tetapi ingat, dengan buck sinkronisasi Anda bisa mendapatkan kinerja stabil setengah-layak tanpa loop kontrol yang menggunakan umpan balik negatif - jika Anda ingin melakukan pendekatan ini, saya dapat merekomendasikannya.

Namun, bagi saya, saya hanya perlu memanggil Teknologi Linear dan mendapatkan perangkat yang sudah melakukan pekerjaan.

Masalah utama dengan skema ini adalah bahwa akan ada saat selama switching ketika kedua MOSFET akan melakukan arus dan kemudian akan memperpendek sumber daya. Sebagai aturan, momen ini singkat dan tidak akan membakar MOSFET, tetapi efisiensinya akan terpengaruh dan akan ada lonjakan tinggi di sumber daya.

Ganti MOSFET yang lebih rendah dengan Schottky diode secara terbalik.

Ya, menggunakan MOSFET dapat meningkatkan efisiensi, tetapi kemudian skematis memerlukan driver khusus yang membuat waktu mati antara switching transistor ON.

Saya menggunakan untuk menghitung smps di http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html

Saya sudah merancang flyback dan juga konverter uang untuk penerangan LED menggunakan situs web ini, dan itu selalu merupakan solusi terbaik. Anda menemukan ada dimensi untuk koil yang Anda butuhkan (inti & berliku).

Saya pikir pendekatan yang lebih baik untuk menghasilkan sinyal PWM adalah benar-benar membangun loop kontrol yang tepat. Tidak jelas bagi saya bahwa rangkaian Anda akan benar-benar stabil di tempat yang Anda inginkan.

Yang harus Anda lakukan adalah membangun kontroler P atau PI sederhana. Ambil voltase output dan voltase referensi Anda dan masukkan melalui penguat diferensial untuk mendapatkan voltase kesalahan. Kemudian jalankan ini melalui potensiometer sehingga Anda dapat menyesuaikan gain. Jika Anda ingin membuatnya lebih akurat, jalankan melalui pot lain, integrator, dan kemudian masukkan keduanya ke dalam amplifier penjumlahan. Ini akan memberi Anda output yang proporsional dengan kesalahan dan integral dari kesalahan, dengan keuntungan yang bisa disesuaikan. Kemudian Anda menjalankan ini ke satu input komparator. Input lain dari komparator adalah gelombang segitiga dari osilator relaksasi. Output dari komparator akan menggerakkan MOSFET, mungkin dengan driver MOSFET dan mungkin beberapa logika tambahan untuk mencegah tembakan melaluinya. Kamu'