Всем привет,

возникла незадачка, вроде ее почти решил, но как-то очень не красиво, поэтому прошу совета.

Конструирую блок с тремя входами-выходами, обозначим их как IO1, IO2, GND + микроконтроллер (к нему входы-выходы отдельно, но там вопрсов нет). Этот микроконтроллер знает (измеряет) напряжение на IO1 и IO2. И там, и там напряжение может быть в диапазонах 12-26В, но, обычно бывает в диапазонах 20-24В. В зависимости от того, что сейчас сказанно микроконтроллеру, надо из IO1 в IO2 или из IO2 в IO1 преобразовывать ток, так, что входное напряжение может быть или меньше, или больше выходного. Еще есть режим что блок просто ток не проводит.

Токи всреднем 5А, но в пике могут быть и 10А. Обычно надо повысить или понизить напряжение на 2-3В. Если же надо понижатьс 26 в 12 или наоборот, то могу пожертвовать мощностью ограничившись 1-2А.

Сейчас сделал две последовательные цепочки степ-даун (CSD87350Q5D c драйвером ucc27201 + дроссель) - степ-ап (на той же элементной базе + диод) и первую такую цепочку поставил из IO1 в IO2 а вторую из IO2 в IO1.

Получилось криво, дорого и заумно. Регулировать получается, но пока только слабые 2-3А токи. Попользовалось куча дорогущих компонент, и 8 ножек микроконтроллера.

Скажите, пожалуйста, есть ли более простое решение, но, по возможности в компактных корпусах и чтобы вписаться в 3х3см на плате и желательно без радиаторов или это принципиально не возможно?

Спасибо

ИИВ

Давайте "на пальцах" просчитаем.
25вольт х 5...10А= 125...250ватт. Пусть Вы сделали неплохой импульсный регулятор с КПД 90%. Это значит, что в самом регуляторе выделится ватт 20-30 тепла.
Теперь возьмите кусок меди размером 3х3см толщиною в плату и подведите эту мощность к нему.
Руками не трогать, меряйте термопарой через 20-30мин. Можно голову с медью и не морочить, а взять просто маломощный паяльник как тепловой макет прибора.

а теперь давайте более внимательно посчитаем на тех же пальцах. Как я сказал, 10А мне надо регулировать на несколько 2-3В. Пусть у нас есть 90% КПД, то есть 10% от 3В*10А, то есть 3Ватта там может рассеятся. Есть какие-то проблемы рассеять это в 3х3см? А если взять режим моей нижней границы (5А, 2В) то там при 90%КПД вообще 1Ватт рассеиваться должен.

Да внимательно я читал, внимательно.
Если регулировать в обе стороны, то простенькой вольтодобавкой не обойдется. Придется прокачивать через силовой контур всю мощность. Вы же собирались из 26 вольт 12 даже делать?
Или Вы думаете, что из 24вольт сделать 23 проще, чем 12?
Возможно, я и не совсем понял исходные данные. Очень неоднозначно сформулировано. И по диапазонам напряжений, и по токам. Все-таки, меж 5 и 10А разница существенная. И как вдруг обозначилась "нижняя граница" (5А, 2В) - тоже неожиданно.

Давайте вместе разбираться.



Со степ-апом, надеюсь, Вы согласились, что можно по вольтодобавке рассеяние считать и если мне надо поднять например с 20 до 22В при токе в 10А, то это реально без радиатора делается, так как тут 1-2Ватта будет рассеиваться.



Да, именно так, и, Техас Инструментс тоже так думает. Для степдауна попользуем схему из даташита на CSD87350Q5D из которой получается, что если мы с 24 до 23 регулируем, то большую часть времени управляющей мосфет просто открыт, и с его 5мОмным сопротивлением на нем в этот момент при токе в 10А рассеивается 0.5Ватта, которыми мы пренебрежем для ястности, а вот от вольтоубавки (во как загнул) надо и считать потери. Понятно, что если мы с 24 вольт 12 вольт хотим получить, такой номер не пройдет и на 10А грется все будет совершенно по-адски.



Нужны и степ-ап и степ-даун в обе стороны так, что вольтодобавка/вольтоубавка, помноженная на ток была бы по модулю не более 30Ватт и, желательно, чтоб компоненты минимум места занимали бы и величину и направление регулирования с микроконтроллера задавать.

Прежде чем разбираться, Вы бы лучше сначала постановку задачи сделали нормальную, удобоваримую для восприятия...
На сколько я понимаю, назначение Вашего блока - сделать из двух "полудохлых" аккумуляторов хотя бы один нормально заряженный.
При этом, второй - допускается "угробить" разрядкой окончательно. Как можно понять из так называемого ТЗ, возможно сочетание
различный батарей 12В и/или 24В. Но предпочтительно 24В. Выбор "жертвы" и "пациента для реанимации" выполняет МК.
P.S. Ожидаю опровержения своего предположения, с разъяснениями.

можно формулировать постановку изходя из назначений, а можно - изходя из ТТХ, я выбрал последнее, так как назначений у этого преобразователя будет несколько.



уважаю Ваш полет мыслей! Пользовать такие дорогущие компоненты, как я привел выше я бы никогда бы не стал для реанимации полудохлых аккумуляторов.

Первое и основное назначение этого блока - зарядка, а потом разрядка конденсатора 25В 80Ф от чего бы то ни было. Есть сколько-то в линии напряжения, может быть больше, может быть меньше, дай сколько дадут и так, чтобы зарядилось и не пробилось. А вот когда в линии источника питания нет, надо с этого конденсатора вытаскивать энергию и поддерживать на уровне 19В. МК попутно много чего еще делает, он там для других целей, но с него можно несколько ШИМов и АЦПшек вытащить, поэтому он тут оказался как нельзя кстати.

Второе назначение - подправка входного питания до 19В с возможностью включения и в ту, и в другую сторону.

Еще одно возможное назначение - то же, что и с конденсатором, но вместо оного литиевая сборка на примерно 18-24В.

Еще одно ожидаемое в скором будующем применение - тестирование DC-DC источников питания, так, чтобы нагрузка не в резистор, а снова на вход с минимальной внешней добавкой поступала.

И еще одно - просто любопытство можно ли сделать конверторы в обе стороны переиспользуя ключи и дроссели. В степапе 1 мосфет, в степдауне - два, а если в лоб, то суммарно надо 6 мосфетов, два диода и 4 дросселя. Пока у меня получилось 4 мосфета и 2 диода и один дроссель, но, может есть более экономичная схема не в ущерб эффективности.

Фактически, это ИБП (источник бесперебойного питания), по сути...
А то, что я описал - зарядное устройство с расширенным диапазоном входного напряжения.
ИБП его содержит, как составную часть...

Все давно укра... сделано до Вас.
Единственное, что могу посоветовать - делать "многоцелевой комбайн" в одном устройстве - не стоит.
Лучше, на мой взгляд, сосредоточиться на какой-то определенной области применения...

Инвертор, у него 2 ключа.

Возьмём понижающий преобразователь с транзистором вместо (или впараллель) нижнего диода. Помотрим на него с обратной стороны - если подать напряжение ему на выход, то он будет как повышающий преобразовывать его в обратную сторону. Должно быть достаточно 4 транзисторов.
Ещё про всякие хитрые и обобщённые преобразователи см. здесь http://ecee.colorado.edu/copec/book/slides/Ch6slide.pdf . То что здесь можно применить - Noninverting buck-boost converter, страница 9.

Вообще задачу можно упростить если можно сделать так чтобы напряжение конденсатора было всегда меньше чем входное питание (то есть например 9 В на конденсаторе). Тогда в одну сторону преобразование всегда понижающее, а в другую - всегда повышающее, схема упрощается.

да, согласен



так как конденсатор заряжать-разряжать мне все равно надо, то как только у меня будет эта работающая схема, то все остальное можно этой же схемой управлять.


я бы так с радостью, но тогда действительно конденсатор надо на 9В поставить, но... преобразовывать 25А 9В в 19В мне бы очень не хотелось бы!!!

Не, такую солянку сборную нужно разбивать на отдельные, вполне понятные и функционально простые узлы.
Зарядка конденсатора - одно, стабилизация выхода - другое.
Реверсивный преобразователь с неопределенными воротами входа-выхода, да еще и МК тут запутан - вряд ли что получится.
По крайней мере, на плате 3х3см - 100% не получится.

Пока я только так и делал, но с габаритами есть проблема... Посоветуйте, пожалуйста, чем тогда решать такую задачу:

Основное назначение этого блока - блок бесперебойного питания с репортом по USB/COM текущего состояния зарядки/разрядки:
зарядка, а потом разрядка конденсатора 25В 80Ф от чего бы то ни было, входное питание может быть от 12 до 26В, ток сколько дадут или разрешат взять, а об этому команда придет по USB/COM, иногда команда может быть взять сколько дадут, хоть 10А, только зарядить конденсатор побыстрее, а иногда нельзя брать вообще ничего или брать только милиамперы.

А вот когда в линии источника питания нет, надо с этого конденсатора вытаскивать энергию и поддерживать на уровне 19В. Функционально известно, что мне надо хороший ток (5-10А) иметь только несколько секунд, далее ток может быть маленький, но об этом этому блоку можно сказать только извне по тому же USB/СОМ. Это как раз помогает ограничить вольтодобавку или вольтоубавку при больших токах, а если эта вольтоубавка или вольтодобавка большая, то привентивно ограничется мальеньким током...

С габаритами - реально проблема, надо очень маленькие габариты иметь, чтобы засунуть это внуть корпуса 25В 80Ф конденсатора, а там есть примерно 3х9см со всеми коннекторами и контроллерами, то есть чисто схема питания - примерно в 3х3-3х5см должна влезть.

Нет, по описанию это идеальный виртуальный аккумулятор, т.е. идея ради идеи, о чём и было сказано выше.

Тем не менее, как тоже сказано выше, задача решается примитивно.


Поскольку высота не указана, разумеется влезет со свистом. А если будет упираться рогами, ну или неприлично греться, Вы её в масле замочите.

неее, Вы не внимательно читали, я указывал, что хочу вписаться без радиаторов

Похоже спор зашел в тупик, что-то лучше того, что у меня есть никто не предложил, так что буду улучшать то, что есть, всем большое спасибо за интересную беседу!

Вы бы не стеснялись и показали бы, как оно у вас работает. Ведь общяться "на пальцах", как здесь принято-это общаться даром, бо консультанты-советчики, да и антисоветчики тож, совершенно не отвечают за работоспособность своих фантазий.
Кстати, вот
моя фантазия на мотив ваших "распальцовок".

Хорошая схема. Только не написано какого типа контроллер, впрочем можно на разных контролерах такое сделать. И последовательно с каждым из четырёх диодов на верху на самом деле нужно транзисторный ключ поставить, на схеме они сейчас изображены как зависимые резисторы. И последовательно с самым левым диодом из этих четырёх тоже нужно ключ, хотя сейчас там зависимый резистор не нарисован.

Но КПД можно ожидать около 90%, то есть без радиатора не получится. А корпус конденсатора этого 25Вх80Ф нельзя как радиатор использовать?

Обычно, когда требуют запихнуть схему в нереальные габариты, надо конкретизировать ТЗ, в сторону разумного уменьшения требований по мощностям, пределам напряжений и т.д.

Вы, я надеюсь, помните, что в те самые оставшиеся промежутки времени полевику таки придётся открыться и закрыться?
Общие потери не зависят от длительности цикла, они постоянны.
В 3х3см засунуть 3Вт потерь с конвекционным охлаждением - можно, но температура под 60-70 и что с электролитами?
Смотрите как выполнены конвертеры питания процессоров на матерях. Там примерно такие же мощности (до 100Вт), но площадь занимаемая большая, частота - высокая и охлаждение с вентилятора процессора.

Идея просто мост, я думаю.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
ШИМ на М1 - понижающий преобразователь слева_направо.
На М1 и М4 одновременно - повышающий слева_направо. Либо М1 открыт постоянно, ШИМ на М4.
На М3 - понижающий преобразователь справа_нелево.
На М3 и М2 оновременно - повышающий справа_нелево. Либо М3 открыт постоянно, ШИМ на М2.
Можно ещё с синхронным выпрямлением.

Пардон, уже сказано:

Всем преогромное спасибо за советы!

Просто мост фактически у меня был реализован но я его сам-то и не заметил. При правильном включении 6-7А на моей плате в 4х5см регулировать удалось на тех номиналах, которые я упоминал + диод пришлось с супер маленьким падением напряжения в 80мВ попользовать. Конечно греется, не без этого, но, похоже при регулировании из 24В в 23В у меня около 2-3% всего-то в тепло уходит.

То есть конечно не сразу все получилось как хотелось бы, но, думаю, что допилив напильником раза в два поднять КПД еще удастся.