SEPIC преобразователь на МК STM32, Реализация Опции

[Evgenius_Alex]

Доброго времени суток, форумчане!

Возможно ли, принципиально, реализовать SEPIC преобразователь на МК STM32, не используя стандартные ШИМ-контроллеры,?
Идея какова: необходима возможность оперативно задавать и изменять выходной ток преоразователя.
Делал ли кто-нибудь нечто подобное?

[rnd]

На самом деле SEPIC (и иные топологии) на микроконтроллерах делают. И даже работает. Если осторожно. Вот пример SEPIC на микроконтроллере. Или другой пример - схема и описание. Второе - "перевернутый buck", но ряд идей оттуда пригодится и для SEPIC-а.

Зачем это нужно? Иногда бывает так что конструкция by design предполагает микроконтроллер, от которого нельзя избавиться. А иногда еще и требования к преобразованию хитрые. Решение напрашивается. Особенно это любят всякие любители многорежимных фонариков и тому подобного, где микроконтроллер всяко есть, для обеспечения этих самых режимов. А на второй схеме автор схемы еще и КПД заморочился: "усиление" портов (о нем ниже), "крутой" полевой транзистор (с очень низким Rds_on), а изюминка - в алгоритме: его прошивка сперва понижает напряжение, поддерживая заданный ток через диод. А когда литиевый аккумулятор настолько сел что ток через диод не превышает допустимый, даже при 100% заполнении - микроконтроллер перестает коммутировать транзистор и он всегда открыт, аккумулятор напрямую досаживается на диод, КПД этого кастома на конечном участке разрядной кривой - почти 100%. Ну и какой готовый чип сможет buck с такой нестандартной, application specific логикой?

Из очевидных проблем видится:
1) У STM32 выходное напряжение только 3.3 вольта, поэтому при желании дергать полевик GPIO портом - придется его придирчиво выбирать из наиболее низковольтных логических. Они есть, но - не каждый первый транзистор подойдет.
2) У STM32 не очень сильные порты. Хоть и не очень слабые. Поэтому про высокую частоту преобразования придется забыть, иначе будут заметные потери из-за фронтов, и вообще, превышать допустимый ток порта, особенно средний - нехорошо. По этому поводу бывают варианты, см. ниже...
3) Как верно заметили - при отладке есть риск пожечь все и вся . С другой стороны, по первости можно спалить и чипы конверторов, как в соседней теме про ST1S10. Из очевидных failsafe - pull-down резистор, так что по умолчанию транзистор будет закрыт, пока прошивка не возжелает чего-то иного. Если вас заклинит с открытым транзистором или вы будете бесконтрольно качать энергию, игнорируя feedback - ну извините, что-нибудь сгорит.
4) В большинстве случаев STM32 надо линейный стаб для его питания, это еще +1 чип. Небольшой и дешевый, но все-таки. Хотя если микроконтроллер есть - то и стаб для него всяко будет...

На самом деле, как можно видеть на второй схеме, со "слабыми" портами можно разобраться, усилив их чем-нибудь. Тот человек усилил их аналоговым ключом семейства TS5A (от Ti), коммутируя им затвор полевика с питания на землю. Но сам этот TS5A стоит денег и затея в таком формате имеет смысл только при желании получить крутой КПД при очень кастомных требованиях к управлению. Зато усиление порта этим TS5A позволяет тому человеку щелкать с высокой частотой крайне низкоомным, а потому обладающим достаточно большим зарядом затвора полевиком, не теряя однако много энергии на фронтах из-за приличного тока вгоняемого в затвор. Так уже можно разогнаться до приличных частот коммутации. Если порты не усиливать - придется брать полевики с минимальным зарядом затвора. А значит относительно высокоомные. И частоту коммутации снижать. Т.е. уже не так здорово по сравнению с современными чипами будет выглядеть.

Сообщение отредактировал rnd - Mar 19 2015, 00:14

[Herz]

Ну и какой готовый чип сможет buck с такой нестандартной, application specific логикой?

Да практически любой, ибо ничего нестандартного в этом алгоритме нет.

P.S. Я Вас попрошу писать по-русски, без этих "кастомов", "дёргать полевик" и прочего сленга. Здесь форум взрослых людей.

[rnd]

Да практически любой, ибо ничего нестандартного в этом алгоритме нет.

У многих чипов требование в даташите - не превышать коэффициент заполнения по причинам стабильности, а то и вовсе требования к нагрузке. В граничных режимах или с переменной нагрузкой чипы имеют свойство работать черт знает как, очень зависит от конкретики реализации управления. Не говоря уж про сервисные функции навроде отключения при низком заряде, индикации остатка заряда, нескольких режимах и прочем. Ну и КПД - во второй схеме используется дискретный транзистор, выбранный по минимальному Rds_on, что обеспечивает отличный КПД по всему диапазону, особенно - в режиме прямого подключения. Да и токи такой транзистор может коммутировать огромные. Сформировать такой же хороший ключ когда кристалл надо делить с множеством других компонентов - не получится. Поэтому на самом деле на основе этого TS5A+МК существует "широко известный в узких кругах" выводок схем, где любители высокого КПД в малых габаритах при богатых возможностях сражаются за доли процента.

Но в целом это достаточно нишевое занятие, когда тому кто это делает - понятно зачем все это надо и он понимает что при оплошности в софте их схемы пойдет дым. Я могу придумать некоторое количество вариантов применения SEPIC где надо будет нестандартное управление, но насколько это именно тот случай - вопрос отдельный. Тем не менее, в случае регулируемого микроконтроллером SEPIC всегда будет не нулевая возможность что-нибудь выжечь при дурном поведении микроконтроллера. Так что если глюков микроконтроллера бояться - микропроцессорные устройства лучше наверное вообще не разрабатывать.

Сообщение отредактировал rnd - Mar 19 2015, 13:52

[Herz]

Так что если глюков микроконтроллера бояться - микропроцессорные устройства лучше наверное вообще не разрабатывать.

Да дело не в боязни или предрассудках. А, как всегда, в надёжности и цене за эту надёжность. ИП - ключевой узел в устройстве и от его исправности зависит не только работоспособность устройства, но и физическая сохранность. А зависание программы - нередкая ситуация и она не должна приводить к фатальным последствиям. Поэтому "жёсткая логика" здесь, как правило, уместнее по критерию цена/надёжность. Только и всего.

[rnd]

Во первых, логика чипов получается достаточно сложной, а если производитель чего-то не предусмотрел (для упрощения этой самой логики) - это лишний шанс что чип выгорит от этих факторов. Не окажется нужной защиты - и все сгорает. А если там куча защит - они всегда могут внезапно вылезти там где их не ждешь.

Во вторых, с точки зрения разработика иметь дело с навороченной жесткой логикой - очень так себе затея: надо знать кучу особенностей конкретного чипа, и чем дальше - тем хуже. В погоне за параметрами и функциональностью чипы становятся сложнее и все их особенности учесть становится не так то просто. Чему подтверждением соседняя ветка про S1S10. Более того, с жесткой логикой, даже неудачной - придется жить. И возможно как-то выправлять ее дурные свойства дополнительными элементами. Свойства чипов в даташитах документируют лишь приблизительно, видимо из опасений что конкуренты у себя так же сделают. Поэтому фактическое поведение чипа в той или иной ситуации оценить может быть довольно сложно.

В третьих, если мы про цену - если надо что-то регулируемое, микроконтроллер там почти навернка есть, так что цена чего доброго даже снизится: специализированные чипы конверторов питания с хорошими параметрами стоят приличных денег.

В четвертых, в плане надежности я бы скорее пенял на регулируемость и изменения входных и выходных напряжений/токов. Исправному микроконтроллеру с программой без ошибок нет никаких поводов зависать. А если мы про всякие нестандартные ситуации... ну вон на сайте терраэлектроники есть рассказ про "БракоПауэр" - когда модули от TracoPower выжигали нагрузку повышенным напряжением, когда входное падало ниже некоего предела. Так что в жесткой логике тоже проколы случаются. Где чаще? Ну у меня такой статистики нет. И вообще, если микроконтроллеру доверяют выпускать подушки безопасности в автомобиле - наверное SEPICом управлять все-таки несколько безопаснее по возможным последствиям.