Импульсный понижающий на 85 В. Опции

[Wise]

Есть задача построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением 0(20)..85 В при токе до 2-х А.
Рассматривается сценарий импульсного понижающего преобразователя на MC34063.
Соответственно, справа налево:
выходной конденсатор, дроссель, диод Шотки, ключ на P или N MOSFET, входное питающее напряжение до 150 В.
Плюс MC34063 со своим отдельным низковольтным питанием.

Вопрос: как наиболее корректно передать управляющий сигнал с низковольтного, в данном случае, выхода MC34063, «верхнему» ключу.

Варианты:
1. Построить некую цепь, с использованием каскадов с общей базой, напрямую передающую управляющий сигнал от MC34063.

2. Ввести дополнительный источник постоянного напряжения, порядка 15 В, соединив его «+» с «+» входного питающего напряжения. В «координатах» доп. источника - каскад, управляющий ключом. Сигнал с MC34063 на каскад – либо по варианту 1, либо с помощью оптрона.

3. Использовать драйвер верхнего ключа с «плавающим потенциалом», одноканальный или двухканальный (используя только один канал), типа IR2102..2110..2125..2151..2117..2127.

Названные драйверы ранее не пользовал. Допустимо ли вообще их применение в задаче.
Не ясно, например, как поведут они себя в режиме холостого хода, когда импульсы от MC34063 будут почти герцовыми..

Рад критике и предложениям.

[sana]

С микросхемой я незнаком, но на сколько я понял схему чтобы управлять n- p- МОП ключём например типа IRFP460 нужно около 8-10 вольт и 2-3 ампер тока для нормальной работы на затворе, из 150 вольт это получить несколько трудновато. Оптимальный вариант дополнительный источник питания на котором будет сидеть микросхема и управлять ключём. Драйверы типа IR21.... ключи мостовые и полумостовые в этой схеме использовать не удастся, конечно нижний ключ микросхемы можно использовать как буферный усилитель но это не рационально, верхний же ключ опирается на открытый нижний - в нашем случае там находится фильтр и нагрузка, поэтому микросхема не откроет транзистор. Ещё вариант если только не нужна общая масса стабилизировать нижний потенциал.

[vm1]

Названные драйверы ранее не пользовал. Допустимо ли вообще их применение в задаче.
Не ясно, например, как поведут они себя в режиме холостого хода, когда импульсы от MC34063 будут почти герцовыми..

Рад критике и предложениям.

Заполнение ШИМ не зависит от тока,
оно равно отношению входного и выходного напряжения.
Ток через индуктивность может быть и отрицательным.

Пока напряжение выхода ниже входа
верхний ключ будет иметь питание
и вы можете использовать драйверы IR
даже при отрицательном токе источника.

Благодаря драйверу легко добавить
транзистор параллельно диоду и сэкономить 1 ваттик тепла.

[vm1]

Wise,
Для понятийности, возьмите простой имп. генератор
и подключите его к любой интегрирующей цепочке, например, с индуктивностью.
Напряжение на выходе будет равно интегралу сигнала генератора.
Если нагрузки на выходе нет то средний ток, за период, через индуктивность
тоже равен нулю, т.е. внутри периода он меняет направление.
если выходное напряжение ниже чем пересчитанное через ШИМ
то на индуктивности возникает разница напряжений вызывающее ток в сторону выхода,
если выше, то разница напряжений будет отрицательная и вызывает ток в обратную сторону.
Это же справедливо и для RC цепи, все очень просто, не усложняйте.

Для реальных схем, все это справедливо если ключи проводят ток в обоих направлених.
Обычно так и есть, так как используются, либо полевые ключи,
либо транзисторы зашунтированные диодами.

В такой схеме не может быть режима прерывистого тока в принципе,
это бывает только в обратноходовике с двумя оботками,
где существует состояние обрыва обоих цепей.
Существуют схемы с возвратом энергии в выпрямитель и для них.

Более того, если поменять вход с выходом для вашей схемы, стабилизатор
станет повышающим, или можно запаралелить такой схемой два разных
по напряжению аккумулятора котролируя направления и величину тока между ними.
Абсолютно обратимая схема.

Если входное напряжение стабильно Вы можете просто установить
необходимый коэффициент ШИМ и в первом порядке это будет справедливо
для любых выходных токов (и по направлению).
Если не стабильно, вычисляйте из его текущего значения текущий ШИМ.

Посмотрите стабилизаторы типа Voltage-mode.
Вам нужен стабилизатор имеющий источник пилы для ШИМ.

Пример схемотехники можно посмотреть, например, в pdf Максима на MAX8545
но только для примера, он низковольтный.
Обратите внимание на присутствие блока RAMP GENERATOR
в стабилизаторах типа Current mode вместо него используется ток индуктивности.
Вы можете использовать и UC38xx, создав RAMP GENERATOR на входе CS,
такие applications бывали.
Такое дополнение к Current mode как SLOPE COMPENSATION,
фактически является добавлением режима Voltage-mode, см UC38xx.


MC34063 не удобна, у нее выход кривой,
нет нижнего плеча. Нет пилы.

[wim]

..Где бы почитать про механизм создания «плавающего потенциала» указанных драйверов.
В PDF-ах этот момент опущен..

Использование бутстрепного драйвера в схеме с пассивным нижним ключом (диодом) несколько проблематично. Когда схема работает в установившемся режиме - всё нормально, но в начальный момент, если на выходном конденсаторе осталось напряжение 20В, а напряжение питания драйвера не более 18В, бутстрепный конденсатор не зарядится. Т.е., для запуска преобразователя необходимо, чтобы напряжения питания драйвера хотя бы на 4В (порог открывания MOSFET) превышало выходное.
А если не секрет, почему такой экзотический выбор - MC34063? Я имею в виду, что здесь не будет работать её основная фича - ограничение пикового входного тока (хотя, может, оно и не нужно).

[vm1]

To vm1
В схеме понижающего импульсного стабилизатора есть еще и диод..
Благодаря ему ток через дроссель течет всегда в одном направлении, пилообразно нарастая (от источника входного напряжения, когда ключ открыт) или пилообразно уменьшаясь (ключ закрыт, ток замыкается через диод).
Когда ток пилообразно закончился, а ключ еще не открыт и возникает некоторая пауза до следующего открытия ключа – такой режим называется режимом прерывистого тока.
Так что выходной конденсатор разряжаться через дроссель не может..

«Режим прерывистого тока в дросселе наступает, если ток нагрузки меньше критического при заданной индуктивности дросселя либо индуктивность дросселя меньше критической при заданном токе нагрузки».
А. Г. Поликарпов, Е. Ф. Сергиенко.
Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА.
М.: Радио и связь, 1989г.

По-крайней мере, для схемы понижающего имп. стабилизатора
во всех известных мне учебниках и руководствах, PDF-ах и AN-ах, имеются понятия режимов непрерывного и прерывистого токов дросселя, понятия критической индуктивности или критического тока, для граничного режима.

Конечно, если специально создать условия для того чтобы ток протекал только в одну сторону,
т.е. установить диод, то так и будет.
Я неоднократно писал вверху что веду речь о стабилизаторе
с двумя проводящими в обе стороны ключами см. xx.pdf:

>>Для реальных схем, все это справедливо если ключи проводят ток в обоих направлених.
Обычно так и есть, так как используются, либо полевые ключи,
либо транзисторы зашунтированные диодами.<<

Прикрепленные файлы

 xx.pdf ( 3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 135

 

[wim]

Если я правильно понял, при начальном Uвых.=0, запуск обеспечен?
А после запуска, регулировки выходного напряжения вверх, а потом вниз, не «отрубят» драйвер?

В режиме ХХ выходное напряжение никогда не поднимется выше напряжения питания драйвера. Причина в том, что напряжение на бутстрепном конденсаторе будет равно нулю, соответственно нечем открывать полевой транзистор.

[vm1]

И потом, как я понял блок питания регулируемый - выход от 0 до 85В?

Если Вы сделаете схему только с верхним ключем и диодом
каким образом при малой нагрузке будет снижаться выходное напряжение?
Т.е. было 80В, потом просим 30В, а нагрузка мала или отутствует,
выходной конденсатор заряжен до 80В, когда установиться 30В?

Схема с 2 ключами благополучно "отсосет" лишний заряд с выходного кондера обратно
во входной, а схема с диодом будет дожидаться пока он сам не разрядиться нагрузкой,
отсюда и пропуски в ШИМ.

[vm1]

Но, все-таки, разряжать конденсатор назад, через дроссель, как-то не очень нравится..
До нуля, кстати, регулировать не обязательно, достаточно вольт до 20-и.

Эта схемотехника с 2 ключами еще более классическая,
просто в схемах с гарантированным потреблением от выхода
нижний ключ заменяют диодом.
Вы смотрели pdf Максима, UC38xx и мой?

Вы ломитесь в открытые ворота,
с 2 ключами Вы, естественным образом имеете:

1.Гарантированное заполнение ШИМ, без пропусков.

2.Полное управление выходным напряженем,
включая разряд выходного кондера при необходимости.
Только предусмотрите чтобы входной кондер был по заряду
в 3-4 раза больше выходного, чтобы он мог принять лишний
заряд от выходного без излишнего завышения напряжения.
Позже этот заряд разсосется на "собственные нужды".
Потребление от сетевого выпрямителя, на это время,
автоматически прекратиться.

3.Возможность применить драйвер типа IRxx
Верхний транзистор всегда гарантированно запитан так как
всегда есть ШИМ, тем более если Вам не нужно на выходе 0В.
Условия для применения здесь такого драйвера идеальны,
он для этого и сделан.

4. Высокий КПД.
Нижний ключ, с соответствующим сопротивлением,
в отличии от диода не греется.
Мелочь конечно но тоже приятно.

[vm1]

Я уже писал выше что привел Максима только для примера,
он Вам не подходит, он низковольтный.
Еще посмотрите, для примера,

tps40055 от TI.
Там есть все расчеты.

Вам надо применить любой контроллер PWM в режиме работы с пилообразным
напряжением, (хоть и UC38xx только а не по току индуктивности а по пиле)
и подключить его через драйвер IRxx к 2 МОП транзисторам.

P.S. Я завтра уезжаю на каникулы до 13-15 числа,
могу здесь не появиться.

[wim]

Только предусмотрите чтобы входной кондер был по заряду
в 3-4 раза больше выходного, чтобы он мог принять лишний
заряд от выходного без излишнего завышения напряжения.
Позже этот заряд разсосется на "собственные нужды".
Потребление от сетевого выпрямителя, на это время,
автоматически прекратиться.

Я дико извиняюсь, но если это - синхронный понижающий преобразователь, то каким образом "входной кондер" может принять заряд от "выходного кондера"? Когда открыт верхний ключ, ток течёт от входа к выходу, в т.ч. - восполняя дефицит заряда "выходного кондера". А когда верхний ключ закрыт и открыт нижний, ток "выходного кондера" течёт в нагрузку и, частично, - через дроссель и нижний ключ. Т.е., на вход ничё не попадает.
У синхронной схемы есть свои минусы - например, при входном напряжении больше 30В нижний ключ из-за ёмкости сток-затвор может самопроизвольно открыться в момент открывания верхнего ключа. Чтобы избежать такой коллизии, в цепь затвора нижнего ключа добавляют RC-цепочку, запирающую его небольшим отрицательным напряжением.
Ещё одна неприятность - пульсации тока дросселя будут одинаковыми, что на ХХ, что под нагрузкой, а это значит, что даже на полном ХХ будут некоторые потери на омическом сопротивлении обмотки дросселя и открытом нижнем ключе.

[Фрол Кузьмич]

wim, в синхронном баке в принципе теоретически, если допустим по какой-то причине случилась некоторая перегулировка выхода в плюс, то в течении нескольких периодов нижний ключ может откачивать ток из нагрузки обратно на вход. Хотя это и от алгоритма управления зависит конешно. И "в 3-4 раза" там вряд ли понадобится.

[vm1]

wim, в синхронном баке в принципе теоретически, если допустим по какой-то причине случилась некоторая перегулировка выхода в плюс, то в течении нескольких периодов нижний ключ может откачивать ток из нагрузки обратно на вход. Хотя это и от алгоритма управления зависит конешно. И "в 3-4 раза" там вряд ли понадобится.

В 3-4 раза это практическая рекомендация,
скорее всего так и будет, так как кондер фильтра хранит энергию
десятки миллисекунд (50гц) а выходной в более кортких временах (100кГц).
Вы же не хотите чтобы в результате возврата энергии на входном конденсаторе
напряжение удвоилось?

Алгоритм управления, это ШИМ "по пиле" генратора а не по току индуктивности.
Как в указанных микросхемах Mаксима и TI.

«Вам надо применить любой контроллер PWM в режиме работы с пилообразным
напряжением, (хоть и UC38xx только а не по току индуктивности а по пиле)
и подключить его через драйвер IRxx к 2 МОП транзисторам».

Подобная схема для UC3842 известна. Только ведь там один выход. Получить противофазный?
С временными задержками для предотвращения сквозных токов?

P.S. TI или IT?

Достаточно одного выхода,
управление на два транзистора разложит сам драйвер.
У IRF полно этих драйверов на все случаи жизни и с различным
мертвым временем между открытием транзисторов.
Например IR2104, один вход, сам разложит на два транзистора.
Или IR2108, два входа в параллель и тоже самое,
тут уже надо подбирать что более подходит по второстепенным параметрам.

P.S. TI (Тексас Инструментс) конечно, у них много хороших файлов.

[vm1]

«..нижний ключ может откачивать ток из нагрузки обратно на вход»

Действительно, а как это ..?

Во втором посте:
Для понятийности, возьмите простой имп. генератор
и подключите его к любой интегрирующей цепочке, например, с индуктивностью.
Напряжение на выходе будет равно интегралу сигнала генератора.
Если нагрузки на выходе нет, то средний ток, за период, через индуктивность
тоже равен нулю, т.е. внутри периода он меняет направление.
Если выходное напряжение ниже чем пересчитанное через ШИМ
то на индуктивности возникает разница напряжений вызывающее ток в сторону выхода,
если выше, то разница напряжений будет отрицательная и вызывает ток в обратную сторону.
Это же справедливо и для RC цепи, все очень просто, не усложняйте.

Для реальных схем, все это справедливо если ключи проводят ток в обоих направлених.
Обычно так и есть, так как используются, либо полевые ключи,
либо транзисторы зашунтированные диодами.

Ну другими словами, если на выходе напряжение выше чем оно должно быть по ШИМ,
то в индуктивности разгонится обратный ток и через верхний ключ начнет заряжать
входную индуктивность.

Нет, слова те же получаются...

[vm1]

Для МОП транзисторов ничего дополнительного и не требуется, они проводят в обе стороны.
Эта схемотехника тем и хороша что она естествена.
Я думаю что большинство людей применяя какой нибудь
tps40055 c синхронным ключем и не знает ничего об этих свойствах схемы.

Ну вот еще один,
прям сюда повешу, чтоб удобнее было:

Прикрепленные файлы

 ir2111.pdf ( 145.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 67

 

[vm1]

«Для МОП транзисторов ничего дополнительного и не требуется, они проводят в обе стороны».

Э, нет..
Разница между P и N есть?
Другое дело, что защитные параллельные диоды «автоматом» есть..

Диоды есть, да, но при открытом транзисторе ток течет через него.
В том и прелесть,
при соответствующем сопротивлении транзистора он не греется.
Это свойство часто и широко используется, например, в синхронных выпрямителях.

Везде в приведенных примерах используются N- канальные транзисторы.

[vm1]

Итак, вариант решения:
UC3842 с пилой на входе токового датчика + драйвер IR с одним входом и двумя мощными выходами + два полевых N ключа + некая защита от самопроизвольного открывания нижнего ключа..

wim,
а что за защита, просто последовательная RC цепочка с затвора на землю?
Где-то есть метода расчета или примеры для выбора номиналов?
Ведь она будет влиять и на основной управляющий сигнал; очевидно, некий компромисс..

Никакой защиты не требуется,
Когда верхний транзистор открывается
нижний жестко закрыт.

Пилу для входа CS желательно
создать током от входного напряжения.
Чем выше входное тем быстрее растет пила.
Да и поскольку входное высокое пила на конденсаторе
будет практически треугольной.
Сброс от выхода.
По крайней мере это верно для фиксированного выхода,
ту надо уже подумать.
Можно еще и частоту связать входным напряжением,
запитав конденсатор частоты от входа,
но это все уже другая тема.

[vm1]

Я тут успеваю посты подправлять,
иногда поглядывайте повторно на последний.

Да закрыт нижним драйвером.

У компаратора только один вход с пилой - CS.
на другом стоит практически постоянное напряжение текущей
уставки ШИМ.

Вобщем, дальше уже надо думать и пробовать,
без "фигурок" в слепую я сейчас могу только предполагать,
что прежде всего ШИМ должен перестраиваться просто
от изменения соотношения напряжений входа и выхода.
а обратная связь уже уточняет результат (как в ПИД регуляторе).
Хотя может и просто хватит одной обратной связи.

[vm1]

Спасибо, пойду спать завтра самолет в 13-00
До встречи!

[Фрол Кузьмич]

wim, в синхронном баке в принципе теоретически, если допустим по какой-то причине случилась некоторая перегулировка выхода в плюс, то в течении нескольких периодов нижний ключ может откачивать ток из нагрузки обратно на вход. Хотя это и от алгоритма управления зависит конешно. И "в 3-4 раза" там вряд ли понадобится.

В 3-4 раза это практическая рекомендация,
скорее всего так и будет, так как кондер фильтра хранит энергию
десятки миллисекунд (50гц) а выходной в более кортких временах (100кГц).
Вы же не хотите чтобы в результате возврата энергии на входном конденсаторе
напряжение удвоилось?

Возвращать ему надо не всю энергию с выходных конденсаторов, а только ту, на которую он перерегулировал. А если он накануне дорегулировался до того, что от возврата ашыпки входное подкинет вдвое (при том, что входное гораздо выше, а мы про энергию, которая C*U*U) - фтопку такой регулирыватель, не регулирывает он нифига.

[wim]

wim,
а что за защита, просто последовательная RC цепочка с затвора на землю?
Где-то есть метода расчета или примеры для выбора номиналов?
Ведь она будет влиять и на основной управляющий сигнал; очевидно, некий компромисс..

Вот пример из AN-84 Linear Technology. Когда нижний ключ открыт, C4 заряжается до 3,3В, а когда закрыт - C4 даёт ему на затвор отрицательное напряжение.

Прикрепленные файлы

 LT.bmp ( 49.18 килобайт ) Кол-во скачиваний: 38

 

[wim]

wim, в синхронном баке в принципе теоретически, если допустим по какой-то причине случилась некоторая перегулировка выхода в плюс, то в течении нескольких периодов нижний ключ может откачивать ток из нагрузки обратно на вход. Хотя это и от алгоритма управления зависит конешно. И "в 3-4 раза" там вряд ли понадобится.

В 3-4 раза это практическая рекомендация,
скорее всего так и будет, так как кондер фильтра хранит энергию
десятки миллисекунд (50гц) а выходной в более кортких временах (100кГц).
Вы же не хотите чтобы в результате возврата энергии на входном конденсаторе
напряжение удвоилось?

Возвращать ему надо не всю энергию с выходных конденсаторов, а только ту, на которую он перерегулировал. А если он накануне дорегулировался до того, что от возврата ашыпки входное подкинет вдвое (при том, что входное гораздо выше, а мы про энергию, которая C*U*U) - фтопку такой регулирыватель, не регулирывает он нифига.

Дык, Фрол Кузьмич, чтоб ток потёк обратно, необходимо, чтобы амплитуда пульсаций тока дросселя превышала средний ток, он же ток нагрузки. Т.е., нагрузка должна быть слабенькой или ваще отсутствовать. С другой стороны - перерегулирование связано, как правило, с резким изменением тока нагрузки, который, буде он значительный, реверсироваться не будет. Тут надо постараться, чтоб соблюсти оба условия.

[vm1]

Возвращать ему надо не всю энергию с выходных конденсаторов, а только ту, на которую он перерегулировал. А если он накануне дорегулировался до того, что от возврата ашыпки входное подкинет вдвое (при том, что входное гораздо выше, а мы про энергию, которая C*U*U) - фтопку такой регулирыватель, не регулирывает он нифига.

Дело не в ошибке регулятора, а в этом:

И потом, как я понял блок питания регулируемый - выход от 0 до 85В?

Если Вы сделаете схему только с верхним ключем и диодом
каким образом при малой нагрузке будет снижаться выходное напряжение?
Т.е. было 80В, потом просим 30В, а нагрузка мала или отутствует,
выходной конденсатор заряжен до 80В, когда установиться 30В?

[vm1]

«Вот пример из AN-84 Linear Technology. Когда нижний ключ открыт, C4 заряжается до 3,3В, а когда закрыт - C4 даёт ему на затвор отрицательное напряжение».

Яволь.
Подобные штуки, помнится, проделывают с биполярными транзисторами.
А что, если D3 закоротить, вместо D2 и C4 – резистор 12 Ом, открытый Q10 не защитит Россию?
Учитывая некоторый сдвиг между закрыванием и открыванием..

Не ломайте голову по этому поводу,
смотрите примеры прежде всего для IRxx.

P.S. Аэрофлот продинамил,
вылет только в 5 утра.

[vm1]

Такой вопрос возник по чтении PDF-ов.
..Как, интересно, в синхронных контроллерах понижающего преобразователя иногда сочетают так называемый скип – режим (режим с пропуском импульсов) со схемой вольтдобавки для «верхнего ключа».
Наверное, вольтдобавка требует некоего гарантированного числа импульсов в секунду, с некоей гарантированной длительностью. «Хуже» этих параметров и не может быть скип?
Или просто во время "скиповской паузы" нижний ключ открыт?

А что такое пропуск импульсов в схеме с 2 ключами?
Наверно закрыто 2 ключа?
Обычно они работают инверсно, и оба бывают закрыты
только на короткое мертвое время.
Схеме с 2 ключами не требуются пропуски импульсов.

При любом токе нагрузки есть шим со скважностью напряжений входа и выхода.
Если в синхронных контроллерах понижающих преобразователей пропусков нет,
и они не нужны, зачем о них говорить?

Да, конечно, если остановить шим то питание верхнего транзистора
пропадет, но зачем останавливать?

Если открыть нижний ключ на долго он разрядит в 0 выход.

Мы начинаем кругами ходить.

[vm1]

Если это делают, то видимо для снижения динамических потерь,
повышения КПД на малых токах.
В этом случае, первым должен открыться нижний транзистор.
Не думаю что Вам это необходимо.
У Вас и так КПД будет достаточно высокий.

[vm1]

Опять напомню,
Вам не нужен контроллер с двумя выходами,
драйверу IRxx достаточно одного выхода.
соответственно нет проблемы суммирования мертвых времен.
Вы можете и от контроллера с 2 выходами взять только один,
но зачем лишние деньги тратить.

Есть драйверы с программируемой задержкой.

Мне как раз нравиться что в UC38XX есть внешние цепи,
они простые, зато я всегда могу его перестроить по любому.
Но лучше взять сразу контроллер типа Voltage mode.

Пойду посмотрю, вроде у TI такой был.

[vm1]

Вроде эти должны подойти:

UCC3888

UCC35706

[vm1]

Wise!
Как дела чем закончилась разработка?