Ciao a tutti, ho realizzato uno step-up attraverso un max643.Ho scaricato il data sheet ma qualcosa non torna.....In una pagina dice come calcolare il valore max e min delll'induttanza, ma i conti non tornano....sembra che maggiore sia la corrente d'uscita,minore debba essere l'induttanza, ma sperimentalmente ho verificato il contrario.Inoltre non m'è particolarmente chiara la grandezza Vsw. Un grazie a chi potrà illuminarmi.
PS: il datasheet in questione l'ho scaricato dal sito della maxim
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e si tratta del max641-max643.pdf di 13.5M. Per chi volesse vedere soltanto il paragrafo in questione può scaricare
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PS2: cerco qualche volontario , esperto in induttanze ,per test programma.
per contatto : snipped-for-privacy@NOSPAMMMaltervista.org
Ciao, sto impazzendo anch'io sullo stesso problema mettiamo in comune le esperienze cosi' magari risolviamo entrambi.
Io sto usando la configurazione di Fig.2 come mosfet uso IRF540 come diodo uso un MR502 veloce (non ho trovato gli shottky da nessuna parte). Nel mio caso R3=820K e R4 è il parallelo di 270K e 100K, entro con 12 Volt ed esco con 16.5
L'induttanza l'ho avvolta su nucleo toroidale di ferrite tipo FT50-43 con mu=850 e Al= 523. Ho usato tre fili affiancati da 0.35 mm per avere bassa resistenza.
Inizialmente ho fatto il calcolo per avere in uscita 1.5 Ampere. Ho calcolato la Ipk che mi è venuta circa 2.8 Ampere. In queste condizioni Lmin era 18 uH e Lmax = 33 uH. Ho scelto come prima prova L=25 uH
Il circuito funziona ma con solo 165 mA di assorbimento (100 Ohm 5 Watt in uscita) in ingresso dai 12 Volt assorbe 650 mA ed il mosfet scalda tantissimo. Inoltre l'induttanza fischia leggermente. L'efficienza è quindi molto bassa in quanto entro con 8 Watt e sul carico fornisco solo 2.7 Watt quindi 34% di efficienza. Gli altri 5.3 Watt se ne vanno in calore. Dopo questa prova demoralizzante non ho voluto mettere un carico più forte avendo paura di bruciare il mosfet. Ho aumentato l'induttanza, ed ho ottenuto i seguenti risultati :
Con L=52 uH con carico in uscita sempre a 165 mA in ingresso assorbe
460 mA quindi l'efficienza è salita a 48%, ovviamente solo 3 Watt se ne vanno in calore.
Con L=107 uH sempre con 165 mA in uscita assorbe 380 mA dai 12 Volt. Quindi l'efficienza è salita ancora al 58% circa e "solo" 2 watt se ne vanno in calore.
Sembra quindi anche a me che l'efficienza del circuito aumenti al crescere dell'induttanza. Resta ancora un mistero per me quale debba essere il valore corretto per un carico da 1.5 Ampere.
Mi farebbe piacere sapere qualche dato sul tuo circuito in modo da poter fare dei riscontri.
é molto probabile che il tuo induttore saturi, non ho le caratteristiche del toroide Amidon che hai usato, ma da quello che mi ricordo quel tipo di toroide non è indicato per convertitori. Il fatto che il mosfet scaldi molto può essere un segno che la corrente che circola nel mosfet e nella bobina sia istantaneamente molto elevata. Per averne la certezza dovresti fare una misura con un oscilloscopio e osservare l'andamento della corrente nella bobina, se cambia di pendenza il tuo induttore sta saturando, con tutti i problemi che ne seguono. Prova a cambiare nucleo, magari usa un nucleo ad E che puoi traferrare molto facilmente.
"Fabio" ha scritto nel messaggio news: snipped-for-privacy@posting.google.com...
Speriamo....ti dico subito che ci capisco poco,cmq vediamo
per elevare la tensione a 16.5V. Io ho usato la config di fig.5 a pag.10, mosfet IRF530,diodo schotkky.
Qui abbiamo due problemi:
1)vuoi 1.5A in uscita a 16.5V->W=1.5*16.5=24.75Watt penso sia troppo:sul datasheet dice 10W fixed output...forse dovresti provare con MAX 1771
2)Hai applicato la formula del datasheet...e secondo me non vanno bene per i seguenti motivi(potrei dire tranquillamente delle fesserie: premesso chel'induttanza ha il compito di immagazzinare l'energia magnetica e mantenere "costante" la corrente, consideriamo l'esempio riportato nel datasheet con uscita 15mA a 15V. Se volessimo un'uscita a 150mA,significa che l'induttanza deve fornire una corrente maggiore->dovrebbe quindi essere più grande ed invece a conti fatti risulta più piccola. Supponendo che il nostro step-up debba alzare la tensione di 0 V, l'induttanza dovrebbe tendere a zero per compensare la piccola perdita di corrente durante lo stato on del mosfet ed invece....... Riepilogando,secondo le formule minore è la tensione d'ingresso,minore deve essere il valore dell'induttanza
Ho cercato in rete le formule del convertitore boost :
L=Vi(Vo-Vi)/(f*deltaI*Vo) ove Vi=tensione d'ingresso Vo=tensione d'uscita f=frequenza di commutazione(nel nostro caso circa 50KHz) deltaI=variazione di corrente.
->minore è la tensione d'ingresso,maggiore è il valore dell'induttanza...... Jul m'ha detto che non ha mai misurato il valore dell'induttanza,faceva varie prove e vedeva quella che aveva il rendimento maggiore
Stesse conclusioni tue... Con il mio alimentatore devo avere 15V,600/800mA circa con Vin=12 Ho usato un'induttanza da 0.15uH(microHenry) avvolta in aria... Sembra che vada bene Con Vin=6V ho messo L=0.01uH (come da formula), un pianto
Ciao...(ma abbiamo risolto qualcosa a questo punto? :-)
Non capisco cosa c'entri il limite dei 10 Watt quando la corrente è fornita tramite il mosfet. In sintesi il max643 funziona come un interruttore e pilota il mosfet, la corrente viene erogata dall'energia immagazzinata dall'induttore e quindi potrebbe in linea di principio essere anche molto maggiore. Credo che i 10 Watt si riferiscono alla capacità del Max643 stesso di fornire la corrente in uscita, in pratica al proprio mosfet interno.
Sono d'accordo concettualmente, ricordando un po di teoria quando un induttore viene percorso da una corrente I, si induce una tensione che si oppone al passaggio della corrente stessa che vale
V = -L di/dt
Poichè la potenza istantanea vale W = V * I la potenza nell'induttore vale
W = -L i di/dt
Se facciamo l'integrale della potenza tra 0 e T dove T è il tempo di apertura del gate pari ad un semiperiodo abbiamo che l'energia immagazzinata vale
E = 1/2 * L * I^2
Da questa relazione è chiaro che maggiore è la L maggiore è l'energia nell'induttore.
Sono molto confuso in quanto mi dici di aver messo un'induttanza molto piccola,
0.15 microHenry sono appena 150 nanoHenry ... ti prego di controllare ... sei sicuro?
L'ultima prova che ho fatto io con 100 microHenry mi ha permesso di alimentare un carico con 600 mA 16.5 Volt circa mentre in ingresso il circuito assorbiva 1.6 Ampere su 12 Volt. Il mosfet si scaldava ma in modo accettabile. L'efficienza era quindi pari al 38% circa cioè uno schifo..
Quindi se tu avessi messo 0.15 MILLIHENRY il comportamento del tuo circuito sarebbe simile al mio in quanto 0.15 mH sono 150 microHenry e confermerebbe il trend ad aumentare l'induttanza al crescere della richiesta di corrente da parte del carico.
Il valore che hai messo è invece molto inferiore anche a quello calcolato con la formula del datasheet. Infatti se vuoi 800 mA su 15 Volt con ingresso a 12 la formula porta al calcolo di Ipk che vale nel caso usi uno shottky
Si, ho la certezza che l'induttore saturi. Ho fatto questa sera una misura mettendo l'oscilloscopio ai capi dell'induttore. Poichè l'onda di controllo è a 45 Khz il gate risulta aperto per circa 11 microsecondi. Mettendo l'oscilloscopio con 10 usec/divisione e 10 volt/divisione ho visto che nel momento in cui il mosfet conduce c'è un picco di tensione negativo nell'origine che inizia a salire in modo esponenziale ed intorno a 5 usec quando ancora è minore di 0 c'è un picco rapido positivo che arriva a 20 Volt poi si smorza quasi subito intorno a 5 volt e permane fino a 15 usec; poi il valore scende a zero con delle oscillazioni smorzate. La successiva conduzione del mosfet dipende dalla corrente assorbita, a vuoto sono circa 7 millisecondi, sotto carico si infittisce.
Il toroide che ho usato e di Ferrite FT 50 Tipo materiale 43 con permeabilità magnetica = 850 e induttanza caratteristica di 523 milliHenry per 1000 giri.
Nel mio caso ho provato con con 7 spire (25 uH) poi 52 uH e poi 107 uH. Ho una discreta collezione di toroidi di varie permeabilità magnetiche. Quale dovrei usare secondo te per evitare la saturazione ?
"Fabio" ha scritto nel messaggio news: snipped-for-privacy@posting.google.com...
Me lo chiedo anch'io...
C'avevo pensato ma: se la max corrente d'uscita è 450mA e la max tensione d'uscita 16.5V =>7W, poi come la mettiamo con la dissipazione di potenza?Non lo so l'ho buttata la,ho dei dubbi
Ho applicato le formule trovate sul sito
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l'induttore ha 10 spire in aria,lunghezza =1cm e diametro=5mm
No!....L = ((12 - 0.75)/ 970 )*8 uH = 0.93uH La corrente deve essere in mA,no in Ampere(nell'esempio è così )
Non posso dirti l'efficienza perchè l'alimentatore sta a monte di un'altro circuito quindi non posso fare delle misure intermedie. L'uscita dell'alimnetatore va in ingresso ad un lm317(che dissipa e quindi sfalsa tutto).Posso dirti la tensione di ingresso,l'assorbimento di ingresso,la tensione d'uscita dallo switching,tensione e corrente d'uscita dal 317 . Hai provato a fare un conto con la formula del convertitore boost postata precedentemente? Ciao.
Per vedere l'andamento della corrente nell'induttore, non misuri la tensione ai capi dell'induttore. Dovresti usare una sonda di corrente, purtroppo le sonde di corrente sono costose, quindi la soluzione più economica è usare un resistore (non induttivo) in serie all'induttore e, misurare, la tensione ai suoi capi. Se fai questa lettura non lasciare il contatto di massa della sonda " a spasso ", ma avvolgilo attorno al beccuccio della sonda. Collega la sonda e il cavo di massa, il più possibile vicino al corpo del resistore
Poichè l'onda
Faccio un pò fatica a interpretare la tua misura, il puntale della sonda l'hai collegato sul lato dell'induttore collegato al drain del mosfet o dal lato opposto.Quando il mosfet chiude ai capi dell'induttore dovresti avere la tensione di alimentazione a meno della caduta offerta dal mosfet in conduzione che per altro deve essere piccola.
Se tu avessi a disposizione dei nuclei della Magnetics in Molypermalloy, sarebbero perfetti. Mi sai dire i tipi che hai? Quello che hai ha un Al=523, generalmente quelli usati nei convertitori hanno Al molto più bassi di poche decine. In ogni caso avere il catalogo del nucleo è sempre buona cosa perchè insieme ai dati di progetto dell'alimentatori riesci a capire se il tutto può funzionare. Rimane sempre la soluzione di usare un nucleo ad E con ferite di gradazione tipo N27 o N67 (che sono molto comuni) e traferrare il nucleo. Stai attento che l'alimentatore boost che stai facendo non ha alcuna protezione di corrente per il mosfet esterno, in caso di corto sull'uscita ci sono buone probabilità di distruggere il diodo d'uscita.
Non può essere come dici tu, non tornerebbe l'equazione dimensionale.
Infatti, se guardi l'equazione 2 a pag 7 noti che
L = (tensione/corrente)*tempo
Allora se esprimi la tensione in volt, la corrente in ampere ed il tempo in secondi ottieni una L in Henry. Se invece esprimi la tensione in volt, la corrente in ampere ed il tempo in microsecondi, ottieni microHenry.
Infatti se guardi il suo esempio vedrai che la L la esprime con
((4.5-0.75)/174 mA)*8 usec
Allora poichè 174 mA sono (174E-3) ed 8 usec sono 8E-6 puoi riscrivere l'equazione precedente come
[((4.5-0.75)/0.174)*8]E-6 quindi pari a 172.41E-6 che sono proprio microHenry
Come vedi i 174 mA li ha espressi in Ampere come dimensionalmente corretto.
Inoltre mi sembra strano che uno step-up funzioni con induttanza avvolta in aria e ti dia 800mA, secondo me c'è qualche cosa di strano.
Credi che una resistenza di shunt da 1 milliOhm non induttiva possa andare bene ?
Si, ho collegato il puntale al drain del mosfet, e la massa della sonda all'altro capo dell'induttore.
Rispetto al verso della corrente che circola la tensione sull'induttore deve essere di segno negativo in quanto vale V = -L di/dt
Ho nuclei a polvere metallica della Amidon ed anche nuclei di ferrite sempre dalla Amido con vai materiali. Ieri ho fatto una ricerca sul sito di riferimento
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ed ho visto che i toroidi per switching di solito usano Ferrite con materiale 77 oltre ai MolyPermalloy che sono più costosi.
Da quanto ho visto sul sito che ti dicevo prima il materiale 77 ha una permeabilità magnetica pari a 2000 ed una Al=1200 per lo stesso diametro del toroide. Ho quindi provato a riavvolgere 25 uH con questo toroide ed ho fatto le prove senza però riscontrare miglioramenti.
Ho sicuramente dei toroidi con Al più bassi però raggiungere gli stessi valori di induttanza comporta un numero maggiore di spire e quindi una maggiore resistenza. Ad esempio se uso un nucleo T50-15 di colore rosso e bianco con Al=135 per avere 25 uH dovrei avvolgere 43 spire. Ovviamente la resistenza di
43 spire è maggiore di una di sole 5 o 10 spire.
Dalle tabelle mi risulta che il tipo di materiale 67 abbia permeabilità pari a 40 e, prendendo ad esempio un nucleo FT50-67 Al=22 quindi per avere sempre 25 uH dovrei avvolgere 34 spire. Purtroppo non ho nuclei ad E e vorrei fare l'avvolgimento usando uno dei toroidi che già ho.
Scusa l'ignoranza, cosa intendi per traferrare in nucleo? Unire due E ed avvolgere al centro .... oppure è qualche altra cosa ?
Il valore per le correnti che hai in gioco è troppo basso, se hai una corrente di picco di 1A hai una tensione di picco ai capi del resistore di 1mV. Non riesci a fare alcuna misura. Il valore che devi usare deve essere più elevato, in modo da poter leggere almeno qualche centinaio di mV, ai capi del resistore in corrispondenza del picco di corrente.
Il modo di misurare è corretto, la massa della sonda è collegata a un potenziale fisso che è appunto la tensione di alimentazione. In ogni caso finchè in mosfet è in conduzione hai capi dell'induttanza devi avere la tensione di alimentazione, che per come è messa la sonda dell'oscilloscopio risulta come una lettura negativa.
Devi usare toroidi per convertitori che hanno caratteristiche diverse da quelli che hai tu, in particolare questi riescono a maneggiare correnti elevate senza saturare. Se hai un catalogo guarda la curve di B e H, potrai vedere che con valori molto elvati di H non raggiungi la saturazione del nucleo.Tu hai paura che avere un numero maggiore di spire di faccia aumentare in modo drammatico la resistenza del avvolgimento. Prova a fare un pò di calcoli e vedrai che non è così.
Se tu prendi le due E e tra le due E metti ad esempio uno spessore (un cartoncino diciamo di 1 mm) hai traferrato il nucleo. Oppure in qualche modo accorci la gamba centrale dei nuclei, in maniera tale che non si toccano più. Questa operazione ti piega la curva B-H ( ciclo di isteresi)del nucleo permettendo di avere valori più elevati di H senza saturare. Se non fai così in queste applicazioni, il nucleo in ferrite satura.
Stefano, per prima cosa esprimo i miei ringraziamenti pubblici per la tua pazienza e le chiare spiegazioni che mi hai dato.
Confortato dalle tue considerazioni sono andato molto a fondo, ho fatto svariate prove con molti nuclei, misure e molte simulazioni al computer con SPICE usando modelli sia del diodo shottky che del mosfet e modellando l'induttanza come componente reale dotato di resistenza e induttanza.
Ho trovato le seguenti indicazioni che senza nulla togliere al discorso della saturazione del nucleo mi hanno portato ad identificare la causa in un altro problema. In effetti ero molto scettico sul fatto che il nucleo saturasse anche con carichi di una decina di milliampere. Era evidente, ma l'ho capito dopo che il problema era altrove.
In realtà al momento della chiusura del mosfet sull'induttore c'è un transiente di corrente che vale al massimo il valore della tensione di alimentazione meno il valore Vds tra drain e source diviso per le resistenze interne della maglia e quindi la somma della resistenza della batteria e dell'induttore.
Avendo letto che la resistenza dell'induttore doveva essere bassa avevo individuato nuclei in cui con solo 5 o 6 spire raggiungevo i 25 uH di induttanza che mi serviva calcolati con il datasheet. Inoltre avevo messo in parallelo più fili in modo da abbassare ancora la resistenza. In pratica le mie 6 spire avevano una resistenza quasi nulla. Quindi al transiente la corrente istantanea che circolava nell'induttore e quindi anche sul mosfet era altissima.
Ho provato quindi a modellare la stessa impedenza aumentando la resistenza dell'induttore in quanto sia teoricamente che nella simulazione avevo dei transienti più bassi. Per avere 25 uH ho quindi scelto il toroide più adatto che avevo e cioè uno a polvere metallica T44-15 con permeabilità pari a 25 e Al = 160 uH /100giri.
Ho quindi avvolto 40 spire da 0.4 sul nucleo in modo da avere una resistenza comunque bassa ma sufficientemente alta per non avere transienti di corrente più alti del max rate impulsivo del mosfet diviso 3.
Alle 23:30 dopo una serie di misure ho potuto finalmente dire che il circuito funziona; L'induttore non fischia, il mosfet, il diodo ed il MAX643 rimangono assolutamente freddi nel range degli assorbimenti di progetto. Ho ottenuto la seguente tabella di risultati :
Caso 1: In : 12.2 Volt 260 mA Potenza erogata 3.20 Watt Out : 16.5 Volt 160 ma Potenza sul carico 2.64 Watt Efficienza 82%
Caso 2: In : 12.3 Volt 390 mA Potenza erogata 4.80 Watt Out : 16.5 Volt 250 mA Potenza sul carico 4.12 Watt Efficienza 86%
Caso 3: In : 12.3 Volt 570 mA Potenza erogata 7.0 Watt Out : 16.4 Volt 360 mA Potenza sul carico 5.9 Watt Efficienza 84%
Caso 4: In : 12.2 Volt 1100 mA Potenza erogata 13.42 Watt Out : 16.4 Volt 630 mA Potenza sul carico 10.33 Watt Efficienza 77%
Caso 5: In : 12.2 Volt 1200 mA Potenza erogata 14.6 Watt Out : 16.2 Volt 740 mA Potenza sul carico 12.0 Watt Efficienza 82%
Caso 6: In : 12.2 Volt 1365 mA Potenza erogata 16.6 Watt Out : 16.2 Volt 860 mA Potenza sul carico 13.9 Watt Efficienza 84%
Caso 7: In : 12.2 Volt 1490 mA Potenza erogata 18.2 Watt Out : 16.2 Volt 930 mA Potenza sul carico 15.2 Watt Efficienza 83%
Concludo questo lungo messaggio sperando che le considerazioni fatte possano essere di aiuto anche a qualcun'altro. Stefano, ti ringrazio ancora, a presto rileggerti.
:-) Fabio.
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Cavolo,hai ragione.cmq non mi stupisco che lo step-up funzioni con l'induttanza piccola e avvolta in aria , infatti avevo fatto anche un'altra prova:avevo usato un'induttanza con 1 avvolgimento e dava lo stesso risultato....penso al fatto che doveva alzare la tensione di poco.Ci credi che quella formula del datasheet l'ho riguardata molte volte ed a volte m'è capitato di giungere a risultati diversi? Grazie d'avermi fatto notare il problema della corrente, un problema in meno. Ciao
Ciao Ho seguito i messaggi e quindi complimenti per l'ottimo risultato. Dato che mi sto' divertendo anch'io con queste cose, ti consiglio di provare con il toro (35mm di diametro )che si trova su tutti gli alim ATX per PC . Mettendo in serie i 3 avvolgimenti di filo grosso, si ottengono fino a 190 microHenry e almeno nel mio Come724.fcd non satura.(l'ho provato pero' solo con 1 A dal +5V)
Giorgio, ti ringrazio e mi fa molto piacere rileggerti dopo tanto tempo.
Per la verità sono io che non ho frequentato molto in questi ultimi due anni. Ti rinfresco la memoria .... ci sentivamo spesso quando stavo facendo esperimenti con la carta di Smith per dimensionare una linea di trasmissione, e tu mi sei stato veramente d'aiuto mentre imparavo ad usarla. In quel periodo ricordo poi che sei stato ricoverato per qualche tempo, poi causa lavoro non ho frequentato più assiduamente. L'anno scorso poi mi è improvvisamente venuta la passione per l'aereomodellismo e quindi ho iniziato a frequentare it.hobby.modellismo. Sono contento che come al solito mantieni alto il livello tecnico del newsgroup. A presto risentirci, un caloroso saluto.
:-) Fabio
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Cia Fabio Ricordo benissimo e sono anch'io contento di risentirti. Cambiare hobby non e' male ogni tanto (dall'hobby chitarra classica passai alla pittura ,poi col ricavato dei quadri comprai il telescopio e passai alla astronomia, quindi all'ottica ..poi tornai alla elettronica ,nonostante fosse il mio lavoro !!)
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