Dos cosas:
1) Nunca debe usar el control digital para un controlador dc / dc (es decir, mediante el uso de un PWM y ADC de un microcontrolador en un bucle de control)
2) Los convertidores DC / DC son generalmente tan intrínsecamente seguros que no vale la pena el tiempo, el esfuerzo y las piezas para agregar protección a prueba de fallas
A la parte 1: se puede demostrar que un convertidor de CC / CC es estable en un rango de ciclo de detección y trabajo cuando se trata de bucles de control analíticos (cercanos a), por ejemplo. Realimentación lineal, opamps, redes de compensación pasiva que alimentan un generador PWM. Se puede decir que es estable porque tiene una respuesta de frecuencia definida: diagrama de bode, diagrama de nyquist. Con el control puramente digital, pierde este tipo de comportamiento, ya que necesita implementarlo en el software. Para hacer un controlador dc / dc puramente digital, necesita:
- Detecte el voltaje de realimentación (por ejemplo, para los LED: voltaje sobre una resistencia de detección de corriente)
- Combine esto con información sobre estados anteriores y realice una multiplicación de matrices para simular un filtro de compensación digital - > ahora es la salida de su 'amplificador de error digital'
- Introduzca esto en el generador de PWM y asegúrese de que cambie los periodos sin problemas
La cantidad de tiempo que le toma a un microcontrolador de costo razonable procesar esta información (incluso, el tiempo para hacer un ciclo SAR ADC) limita considerablemente el ancho de banda y el retardo de propagación de este tipo de bucle de control. Por ejemplo, en un XMEGA de Atmel con 2MSPS ADC, tendría un retardo de propagación de 3.5µs para el ADC (7 ciclos de ADC) y tendría que hacer al menos n ^ 2 multiplicaciones para un filtro de n elementos, con 4 elementos siendo el mínimo absoluto para poder implementar un filtro decente. Las multiplicaciones toman 2 ciclos de CPU, por lo que a 32MHz eso es aproximadamente el tiempo de cálculo de 1µs. El retardo de propagación de 4.5 µs significa que su frecuencia de tiempos de ciclo de trabajo mínimo debe ser más de aproximadamente 5-10 veces el retardo de propagación para minimizar los efectos de fase. es decir, 23-45 µs. Incluso si estuviera seguro de que su convertidor siempre estaría funcionando en el ciclo de trabajo óptimo para este esquema de control (~ 50%), todavía estaría limitado a una frecuencia PWM de aproximadamente 10 kHz. Y este es el mejor caso para una aplicación de este tipo.
Necesitará un bucle de control adecuado y para cualquier tipo de regulador de conmutación decente que deba tener un GBW de un par de MHz, los retrasos de propagación no serán más que unos pocos ns (que a menudo se pueden compensar con condensadores de alimentación directa si estás realmente ansioso). Esto no se puede lograr con un diseño puramente digital, y no aconsejaría siquiera intentar hacerlo con un microcontrolador. Se pueden usar DSP y FPGA, así como algunos microcontroladores con periféricos de administración de energía incorporados. Para su aplicación, le aconsejaría utilizar un controlador de LED integrado o un controlador de LED lineal. El condensador conmutado no funcionará aquí, tendrá un peor rendimiento de parpadeo y una eficiencia peor que la lineal.
Ahora a la parte 2: si se diseñó correctamente (lo que generalmente significa que: leyó la hoja de datos a fondo), la posibilidad de que falle un convertidor Buck en condiciones normales de funcionamiento es mínima. Los bucles de control generalmente están bien compensados y bien acoplados, por lo que no hay posibilidad de que algún evento (pulsos, EMI, etc.) cause un evento de sobrecorriente.
Sin embargo, la palabra clave aquí es "en condiciones normales de funcionamiento". La mejor manera de protegerse contra los problemas es asegurarse de mantener estas condiciones. Use un diodo de polarización inversa y un fusible (reiniciable) para protegerse contra las conexiones inversas accidentales, use un MOV o TVS y un capacitor de entrada a granel para protegerse contra los picos de voltaje de inserción causados por la inductancia de los cables de alimentación. Use los filtros LC de modo común y diferencial para desacoplar la placa del ruido excesivo en la línea eléctrica. Dependiendo de lo peligrosa que sea su fuente de alimentación particular, puede optar por omitir todas o parte de estas protecciones. El uso de todos ellos es completo cinturón y llaves; no es necesario para el 99.9% de las aplicaciones, pero si te sientes excepcionalmente paranoico, siéntete libre de incluirlas todas.
