Buck converter "artigianale" con raddrizzamento sincrono

Buongiorno,

trovandomi in possesso di un pannello solare con Vmpp=30, Iout circa

7.5A mi sto accingendo a costruire un convertitore buck per abbassarne la tensione a 12V; inizialmente potrei retroazionarlo ad una tensione in ingresso fissa (30V diciamo), in futuro sarebbe interessante implementare un algoritmo di inseguimento MPPT.

Mi piacerebbe utilizzare non degli integrati commerciali, ma un microcontroller con periferica hardware PWM.

bootstrap per poter utilizzare sullo switch high side un mosfet N, tanto per complicare le cose, avrei deciso di optare per un efficiente raddrizzamento sincrono.

Quindi :

due IRFS3306 logic level pilotati da IR2104.

parziale : quando il converter si trova a lavorare in discontinuous conduction mode, lo switch low side, a differenza del classico diodo, fa circolare corrente inversa sull'induttore penalizzando fortemente il rendimento. Accettando una perdita di efficienza a correnti davvero esigue

Avrei pensato a tipo 200 uH, che dovrebbero garantirmi un

uscita ed una frequenza di commutazione di circa 40 kHz per non avere grosse perdite di switching.

Dispongo di un paio di schede di controllo piastre ad induzione guaste, sulle quali son montati dei toroidi di dimensioni importanti che potrei riavvolgere (dispongo di filo da 2 mm di diametro, nel caso posso metterne due ritorti in quanto le correnti di picco sull'induttore sono appunto rilevanti).

Graditi consigli

Ciao, Pier.

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Pier GSi
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Il 23/02/2018 00:09, Pier GSi ha scritto:

so che i cosiddetti "alimentatori digitali" sono il futuro,ma non ne so niente. Personalmente non metterei un microcontrollore a fare una regolazione PWM.

cala di colpo di assorbimento,se continui con lo stesso PWM ti trovi un picco di tensione. Se Il contatore PWM del uC in quel momento fa il compare per il valore

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blisca

Il 22/02/2018 23:50, Pier GSi ha scritto:

ma per raddrizzamento sincrono intendi la sostituzione del diodo di flyback (o freewheeling) con il mosfet?

e un sensore della corrente (qualche spira di rame avvolta sopra l'induttore) che ti spegne il mosfet quando la corrente nell'induttore scende sotto un dato livello?

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not1xor1

Sei un fottuto genio (cit.) :) Non ci avrei pensato mai, semplice ed elegante.

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Archaeopteryx

Quindi un buck sincrono.

negativa.

Se tu lasci spento lo switch low-side, di fatto fai lavorare solo il diodo intrinseco di body del MOSFET, quindi torni a ottenere un buck

al carico di uscita.

il MOSFET basso in sincrono con l'altro (o lasciarlo sempre spento), lo

comportamento di un diodo ma abbassando drasticamente la Vf e quindi le perdite.

Qui trovi una buona trattazione introduttiva:

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dimensiona per questa condizione e a pieno carico.

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Fletto i muscoli e sono nel vuoto.
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dalai lamah

Il 23/02/2018 19:15, dalai lamah ha scritto:

Giusto...

Ok, nel mio caso (driver IR2104) disporrei di un pin per abilitare/disabilitare i driver di uscita (in qualche centinaio di nS). Se ai piccoli carichi quindi sincronizzassi il pin SD (ShutDown) con l'ingresso PWM allo scopo di non far condurre il low side quando

disabilitare il driver con un leggero ritardo per "scaricare" il gate dell'high side) , dovrei ottenere un buck non sincrono. Ma cosa succederebbe alla sezione bootstrap ? Rammento che lo switch

Molto interessante grazie

ero esigue

Il tool della texas instruments che sto utilizzando, con i valori di tensione e corrente impostati (Vin 30V e 7.5A, Vout 12V) mi consiglia

44 uH, con questo valore la corrente sull'induttore parrebbe diventare negativa sotto 1.8A di uscita. Mettendo 100uH la soglia si sposta

penalizzazione di rendimento potrei andare incontro ?

Grazie per le preziose info

Ciao, Pier.

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Pier GSi

Il 23/02/2018 21:55, Pier GSi ha scritto: (sarebbe forse opportuno

Mi sa che ho detto una fesseria, abbassando il pin shutdown i due mosfet vengono "spenti in sicurezza" portandoli a massa.

Ciao, Pier.

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Pier GSi

Il 23/02/2018 09:56, Archaeopteryx ha scritto:

ma anche no (ammesso e non concesso che non sia un commento ironico o

un comparatore e una logica and per pilotare il mosfet

oppure si potrebbe monitorare la tensione sul drain del mosfet di

accumulata solo che oltre al comparatore ci vorrebbe un flip-flop

negativa arriva a qualche mV entra in funzione il diodo interno e si ha un picco negativo di qualche centinaio di mV

infine si potrebbe fare un circuito autooscillante con un paio di flipflop, qualche comparatore, qualche gate e una tensione di riferimento

ovviamente la soluzione migliore rimane usare un integrato apposito

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not1xor1

Non era ironico, io purtroppo riesco a trovare soluzioni

parsa, per quel che posso capire, molto semplice.

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"Pompieri? Presto, venite, la mia casa sta bruciando" 
"OK, quando ha avuto origine il fuoco?"
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Archaeopteryx

Buonasera,

ho realizzato la sezione di potenza del convertitore secondo l'idea iniziale :

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Ricapitolando :

switch di potenza IRFS3306 sia low che high side, quindi rettificazione sincrona:

Driver IR2104 con bootstrap Induttore 240 uH con doppio filo da 1.4 mm Gestione con AVR 8 bit, tracking MPPT (in progress).

preliminari eseguiti con duty fisso :

IN 25.6V 0.12A = 3W OUT 12.4V 0.21A = 2.6W Eff : 86%

IN 25.5V 0.48A = 12.3W OUT 12.4V 0.90A = 11.1W Eff : 90%

IN 26.3V 3.1A = 81.5 W OUT 14V 5.0A = 70W Eff : 86%

IN 24.9V 8.1A = 201W OUT 13V 13.4A = 174W Eff : 86%

IN 25.6V 11.9A = 305W OUT 13.2V 18.9A = 247W Eff : 81% * Si surriscaldava tutto : portafusibile, fusibile, piste...ora le ho abbondantemente stagnate ed appena riesco riprovo

Il condensatore in ingresso (1000uF 35V) si scalda molto, da capire se

del diodo di ingresso.

Ciao, Pier.

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Pier GSi

Il 28/02/2018 22:52, Pier GSi ha scritto:

passa una elevata corrente di ripple

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not1xor1

Il 01/03/2018 09:41, Pier GSi ha scritto:

quando la corrente assorbita scende devi per forza diminuire il duty cycle e far funzionare lo stepdonw in modo discontinuo e/o devi aumentare la frequenza di funzionamento per diminuire la corrente attraverso l'induttore

francamente non ho le idee molto chiare su cosa possa succedere se carichi l'induttore con una corrente negativa...

conduzione scarichi una sovratensione sul circuito di ingresso attraverso il body-diode

all'uscita... con uno schottky ad alta corrente la caduta di tensione dovrebbe essere di poche centinaia di mV

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not1xor1

Il 01/03/2018 18:21, not1xor1 ha scritto:

alcuni appunti su quanto ho scritto

reattanze parassite dell'alimentatore

ho verificato con una veloce simulazione che la sovratensione sul

efficienza dovute all'inversione di corrente... domani se ho tempo approfondisco

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not1xor1

Il 02/03/2018 18:53, not1xor1 ha scritto:

Ho notato :) Per questioni hardware sto utilizzando una risoluzione del PWM a 7 bit e, attualmente ed in via provvisoria, sto retroazionando a valore fisso la tensione in ingresso. Per funzionare funziona, ma 128 risoluzioni per il PWM temo siano insufficienti in quanto la

continue piccole pendolazioni nell'infruttuosa ricerca di equilibrio

di adottare una banda neutra attorno al valore obiettivo accettando un errore sulla tensione regolata di qualche centinaio di mV.

potrei arrivare ad una frequenza PWM sempre pari a circa 30 Khz ma 512 gradini di regolazione in luogo degli attuali 128.

freq. 30 kHz Vin 30V Vout 12V Induttore 240uH

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induttore negativa) l'efficienza calcolata facendo (Vout*Iout)/(Vinput*Iinput) parrebbe realmente scendere sensibilmente al di sotto del ~90% circa che vedo con correnti maggiori. Correnti

Abbassando deliberatamente troppo il duty, diciamo 35% con Vin=25 e Vout=12, un 100-200 mA vengono assorbiti dalla batteria.

Ciao, Pier.

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Pier GSi

Il 02/03/2018 22:58, Pier GSi ha scritto:

IMHO ti stai complicando inutilmente la vita una volta che hai un driver adatto e dei mosfet a bassa Rds che assicurano basse perdite di commutazione puoi usare qualsiasi tipo di

frequenza di soli 30kHz

perfino un circuito di autoscillazione basato su un comunissimo LM311 (comparatore con isteresi) ed un TL431 come tensione di riferimento

corrente, ma del resto, se non ho capito male, questo non lo fa neanche il circuito che stai usando

se trovo il tempo e i modelli del driver (o di driver simili) posso pure verificare con LTspice

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not1xor1

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