ATtiny84a 기반 벅 스위칭 레귤레이터 — 비판하십시오!

다음은 ATtiny84a를 기반으로 벅 레귤레이터를 PWM 컨트롤러로 설계하려는 시도입니다. 4S LiPo 배터리 (12.8-16.8 볼트)에서 합리적으로 조절 된 12V 출력으로 이동해야하며 10-14V 입력을받는 서보 모터를 구동하는 데 사용됩니다. 특히 정격 12V 토크를 원할 때 4S LiPo가 약간 높고 3S LiPo가 약간 너무 낮습니다. 이 설계는 최악의 경우 40A를 제공하도록 설계되었습니다 (대부분의 모터를 설치).

10-15A 범위를 벗어나 자마자 모든 DC DC 컨버터는 산업용으로 설계되었으며 무거운 케이스가 있으며 실제로 비싸고 24V 입력이 필요하거나 기타 불일치가 있으므로이 중 하나를 구입할 수 없습니다 내 현재 요구 사항으로.

아이디어는 AVR에 내장 된 아날로그 비교기를 사용하여 초과 / 이하 목표 전압을 감지하고 부족이 감지 될 때 일정 시간 동안 펄스를 생성하는 것입니다.

나는 고전력 경로를 위해 구성 요소 리드에 납땜 된 20 게이지 와이어로 브레드 보드에 이것을 구축 할 것입니다.

레이아웃을 시도 할 때 "스위칭 노드"와 피드백 경로를 가능한 짧게 유지하는 것에 대해 알고 있습니다. 또한 가난한 사람의 지상 비행기를 만들기 위해 사용되지 않은 브레드 보드 흔적을 모두 접지했습니다.

포화 전류가 최대 출력 전류와 일치하는 초크와 포화 전류가 최대 출력보다 높은 벅 인덕터를 선택하려고했습니다.

94 uF 및 3.3 uH의 코너 주파수는 약 9 kHz이며, AVR이 그보다 훨씬 빠르게 실행될 것이라고 생각합니다. 저전압이 감지 될 때마다 5 us 펄스를 생각하고 다시 저전압을 찾아보십시오. 200kHz의 최대 주파수 (100 % 듀티 사이클에 근접)를 제공합니다.

그리고 여기 회로도가 있습니다 : https://watte.net/switch-converter.png

의견에 제기 된 우려 사항 (잘못된 P-FET 극성, 캐치 다이오드 / MOSFET 없음)에 추가하여, 나는 한 눈에 빠른 관심을 가지고 있습니다.

• 마이크로 컨트롤러는 Q1의 게이트를 매우 단단하게 구동 할 수 없으므로 (일반적으로 GPIO 핀은 몇 밀리 암페어 만 공급할 수 있음) 켜기 및 끄기가 매우 느립니다. 이렇게하면 하이 사이드 스위치가 얼마나 잘 작동하는지 제한됩니다.

• Q1에는 게이트-소스 저항이 없으므로 MOSFET을 켜거나 끄는 GPIO에만 의존합니다. GPIO 핀이 고 임피던스가되면 게이트가 환경에서 전하를 픽업하면 MOSFET이 자체적으로 켜질 수 있습니다.

• 70R P 채널 게이트 저항이 계속 켜져 있으면 (Q1이 포화 된 경우) 화상을 입을 수 있습니다.

  $D \cdot \dfrac{(16V)^2}{70 \Omega} = D \cdot 3.65W$

  D가 높을 것이므로 (입력이 출력에 가깝습니다) 미친 고출력입니다. 또한 1 분기에는 225mA 정도가 흐를 것이다. 상대적으로 작은 장치이기 때문에 건강하지 않다.

  (당신은 필요 Q1을 통해 ~ 400mA를 그릴 4V 주변의, 당신은 필요 4 분기 40A에 대한 -7.5V의 참조). V G $V_{GS}$$V_{GS}$

  • 순전히 저항하는 피드백 네트워크는 나쁜 생각입니다. 실제로 보상 및 / 또는 필터링이 필요합니다. 비교기는 초고속이며 스위칭 노이즈, 픽업, 리플 등에 반응 할 수 있습니다. 게인 및 위상을 제어하기 위해 보상 기능이있는 오차 증폭기를 사용하지 않는 것이므로 약간의 캡이 필요합니다. R5와 행운을 빕니다.

  • 파워 트레인에 전류 모니터링 또는 과전류 보호 기능이 없습니다.

  • 파워 트레인에는 과전압 보호 장치가 없습니다.

  • 동력 전달 장치에는 과열 보호 기능이 없습니다.

  • 파워 트레인에 입력 역 극성 보호 및 입력 퓨즈가 없습니다. 특히 소스가 배터리 기반 인 경우 (큰 단락 소싱 기능) 중요합니다.

기성품 아날로그 동기식 벅 컨트롤러를 사용하는 경우보다 간단한 프로젝트입니다. ATtiny를 사용하려는 이유를 모르겠습니다.

즉, 이것은 단순한 확장 프로젝트가 아닙니다. 회로도는 대부분 불완전하며 모든 전원 공급 장치 (특히 전원 수준이 높은 전원 공급 장치)에 필요한 기본 안전 보호 기능이 부족합니다.

요구 사항에 대해 생각하고 모든 손실을 계산 하며 일부 보호 기능을 설계하고 rev를 사용하십시오. 2.

다음을 위해 벅 레귤레이터를 설계하고 있습니다.

• 고용량 LiPo 배터리에서 12.8 ~ 16.8V Vin.
• 40V에서 12V의 Vout.
• 제어 기술은 상수 켜짐 시간이며 가변 꺼짐 시간입니다.

Madmanguruman의 좋은 대답 후에도 주목해야 할 추가 사항이 있습니다. 이 설계의 주요 어려움은 처리되는 고전류입니다. 주로 전력 처리 구성 요소, 전력 변조기 및 필터링에주의를 기울입니다.

• $\text{D } \text{Iout}^2 \text{Rds}$

• 게이트 드라이브. 이 디자인에는 적절한 게이트 드라이브가 없습니다. 특히 전원을 끄십시오. Ciss가 3500pF 인 FET를 70 Ohm으로 끄면 끄는 시간은 최소 500nSec입니다. 이는 FET에서 큰 스위칭 손실, 아마도 FET에서 최소 15W의 추가 손실을 의미합니다. 이 디자인은 훨씬 더 나은 게이트 드라이브를 가져야합니다. 게이트 드라이브는 어쨌든 개선되어야하기 때문에; N 채널 스위칭 FET로 변경하고 게이트 드라이브 IC (IR2104 또는 LM5104 등)와 일치하는 동기식 정류기를 사용하는 것이 매우 유리합니다.

• 히스테리시스 컨트롤. 일정한 켜짐 시간, 가변 꺼짐 시간 제어에는 문제가 없습니다. 히스테리시스 제어는 (조심할 경우) 잘 작동하며 탁월한 과도 응답을 가질 수 있습니다. 그러나 여기서 문제는 uC에서 비교기를 사용하는 것입니다. 추가 히스테리시스를 제공하려면 비교기에 액세스해야합니다. 따라서 히스테리시스가 있고 500nSec 미만의 응답 시간을 갖는 비교기를 추가해야합니다. 약 100mV의 히스테리시스를 추가하려고합니다.

• 출력 필터. 좋은 인덕터, L1. 40A + 리플 전류에서 포화 직전에 있습니다. 더 높은 전류 부분을 갖는 것이 좋지만 큰 문제는 아닙니다. 출력 커패시터 C1과 C2는 세라믹으로 보이며, 좋은 선택이지만 리플 전압이 ~ 100mV 인 경우 총 ESR이 20mOhms 미만이어야합니다. 최대 부하 (~ 0.3 Ohms)에서의 부하 저항이 출력 필터의 특성 임피던스 (~ 0.2 Ohms)에 매우 가깝다는 점이 흥미 롭습니다. 이것은 필터가 잘 감쇠되었음을 의미하기 때문에 운이 좋습니다. 이 공급 장치로 모터 만 구동하는 경우 2 단계 필터 (L2, C3)가 필요하지 않습니다.

필요한 몇 가지 기능이 있습니다.

• 전류 제한은 다른 것이 없다면 자신의 안전을 위해 하나 있어야합니다. 처리되는 전류의 양에 따라 서프라이즈가 놀라 울 수 있습니다. 전원 스위치의 상단이 바닥에서 폭발적으로 분리되어 천장에 튀어 나올 때까지 살지 않았습니다. 어쨌든 단지 퓨즈 일지라도 어떤 종류의 전류 제한.

• 입력 필터. 나머지 시스템에 대해서는 명확하지 않지만이 공급 장치의 입력은 막대한 양의 EMI의 소스가됩니다. 일반적으로 이것은 큰 문제입니다.

여기에서도 입력 임피던스가 중요합니다. 스위칭 레귤레이터는 음의 입력 임피던스를 가지며 발진기를 양호하게 만들 수 있습니다. LiPo 및 분배 네트워크의 소스 임피던스는 발진을 방지하기 위해 전원의 입력 임피던스의 1/2보다 작아야합니다. 고용량 LiPo 배터리는 약 20mOhms의 임피던스를 가지고 있다고 생각합니다. 전류 출력 필터 (C1 및 C2가있는 L1)가있는이 공급 장치의 완전 부하 (40A)에서 입력 임피던스는 최소 약 100mOhms (9KHz에서)이며, 이는 소스 분배 네트워크 임피던스가 낮게 유지되는 경우에 좋습니다. 그러나 부하가 10A 댐핑으로 떨어지지 않으면 40A 부하에서 매우 잘 보이는 출력 필터 댐핑을 기억하십시오. 즉, 10A의 부하에서 입력 임피던스 최소값은 약 50mOhms (9KHz에서)로 떨어집니다. 소스 배포가 매우 타이트하고 문제가 될 수 있습니다. 가변 출력 필터 댐핑으로 인해 경부 하 문제가되는 것은 역설입니다.