Conmutación de 60 V con microcontrolador de 3.3 V a 50 kHz - 1 MHz

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Estoy jugando con algunas cosas de fuente de alimentación de modo de conmutación. Por esta razón, me gustaría cambiar el voltaje de entrada con un microcontrolador, desde la salida PWM u otros pines de salida.

Los detalles:

  • Voltaje de entrada: 4V - 60V
  • señal de entrada de conmutación: 3.3V (LVTTL)
  • Velocidad de conmutación máxima: 50kHz - 1MHz (tan alto como puedo conseguirlo fácilmente)
  • Tolerancia actual requerida: 1.5A o 15W

No hay tensión de alimentación además de la señal de 3.3V.

Estoy buscando componentes adecuados para hacer esto de la manera más simple posible. Para mí, simple significa la menor cantidad de componentes posible y pocos requisitos tanto en las entradas como en las salidas de los componentes; no deseo imponer ningún requisito de conducción al microcontrolador, ni restricciones sobre cómo se puede usar el interruptor, o similares cosas. Pero me gustaría que los componentes fueran adecuados para una fuente de alimentación de modo de conmutación de alta eficiencia.

Sé que se puede hacer con una combinación de n-MOSFET y un p-MOSFET y un par de resistencias. Sé que también se puede hacer con un controlador de compuerta IC y un n-MOSFET, aunque no he podido localizar uno que solo requiera voltaje de suministro de 3.3 V (¿y un pin de refuerzo?). Sé que no quiero una solución que obligue a una tasa mínima de tiempo de apagado en el MOSFET para cargar un condensador, pero podría estar convencido de lo contrario. En teoría, la solución más directa sería un relé de estado sólido compatible con 3.3V o un interruptor analógico, pero los relés de estado sólido reales disponibles no parecen ser muy adecuados.

Pero, principalmente, solo me interesa aprender más sobre el espacio de problemas aquí y las posibles soluciones.

Esquema clarificador robado de otra pregunta:

  • Vin = 4V - 60V
  • Controlador = señal 3.3V, alternando a, por ejemplo, 250 kHz
  • Q1 = el componente, o conjunto de componentes que deseo encontrar

Entonces, estrictamente, la pregunta es simple: ¿qué necesito en lugar de Q1?

(Tenga en cuenta que este es solo un ejemplo del esquema, no exactamente el tipo de circuito que deseo construir).

    
pregunta Nakedible

3 respuestas

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El 2N6782 FET de canal N tiene una capacidad de 100v de drenaje a la fuente a una potencia máxima de 3.5A y 15W máx. Escogí una parte de orificio pasante porque la parte de montaje en superficie sería difícil de soldar a mano.

Para conducir el FET, puede utilizar LT4440-5 , que toma un nivel lógico y puede controlar un MOSFET de canal N que cambia a 60 u 80 V según la versión. La corriente de suministro es despreciable, solo unos pocos µA. El controlador solo viene en una pieza de montaje en superficie (SOT 23-6 o MSOP).

El único inconveniente es que requiere una tensión de alimentación (VCC) entre 5 y 15 V (gracias al OP por señalar esta variante del LTC4440 con una tensión de alimentación mínima más baja). Como solo tiene un suministro de 3.3 v, puede usar un doblador de voltaje o un convertidor de refuerzo simple (como MIC2141 ) para suministrar el voltaje VCC.

Tanto el controlador como el convertidor de refuerzo / duplicador de voltaje solo deben requerir unos pocos ma (si eso) de su riel de 3.3 v.

El FET y el controlador deberían funcionar hasta 1 MHz, quizás un poco más alto.

    
respondido por el tcrosley
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Lo que estás describiendo es el control digital por sus sonidos: el micro controlará el ciclo de trabajo FET de Buck para controlar la salida, por lo que requerirá algún tipo de detección externa del estado de la salida como así como (posiblemente) el cálculo y (definitivamente) la programación del ciclo de trabajo.

¿Planea muestrear la salida y el bucle de retroalimentación en el software, o tendrá un amplificador de error compensado implementado en el hardware y muestreará solo el voltaje de error? Esto determinará la potencia de CPU que necesitará, y si se beneficiará de las instrucciones similares a DSP (acumulación múltiple) y las características similares a DSP (como DMA).

Una consideración es la precisión del registro del ciclo de trabajo. Una capacidad de ajuste del ciclo de trabajo basto puede empeorar la oscilación del ciclo límite, donde la salida sube por encima y por debajo del punto de ajuste deseado porque no se puede lograr el ciclo de trabajo exacto requerido (no es un problema con PWM analógico).

Otra área a la que debe prestar atención es la máxima frecuencia de conmutación útil que su microcontrolador podrá generar. Esto será dictado por varias restricciones clave:

  • la resolución del registro de ciclo de trabajo PWM (el período mínimo debe ser una pequeña fracción de la frecuencia de conmutación deseada)
  • la tasa de muestreo ADC de su microcontrolador
  • si estás haciendo o no un controlador completo en software

¿Por qué son importantes?

  • Su frecuencia de conmutación tendrá que ser una fracción de la frecuencia de muestreo del ADC para evitar problemas de alias. Necesita al menos una muestra por período (más es mejor).
  • Si planea calcular un bucle compensado en el software (PID u otro esquema), necesitará suficiente potencia del microcontrolador para realizar el muestreo y los cálculos en cada uno de los ciclos de conmutación, además de tener ciclos restantes para cualquier otra cosa que necesite hacer. Si planea muestrear la salida de un amplificador de error de hardware y hacer algunos cálculos simples para programar el ciclo de trabajo, le quitará mucha carga al microcontrolador.
respondido por el Adam Lawrence
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Si fuera tú, no me molestaría en utilizar tu propio micro, ya que hay muchos productos que pueden hacer esto por ti.
Decir que a su diseño le faltan todo tipo de elementos, como resistencias sensoriales, para obtener información sobre cuál es el voltaje de salida para reducir el error.

Después de todo esto, recomendaría el uso de LT3724 de Linear Technologies. Tiene una frecuencia de conmutación de 200kHz. También le proporcionan esquemas de ejemplo completos para utilizar su IC que, en teoría, podría cambiar por su propio microcontrolador. Sin embargo, no veo por qué lo haría, ya que es mucho más fácil usar su solución. Recomendaría realizar la simulación de la misma en SPICE para verificar que cumple con sus requisitos.

Aquí hay un enlace a la placa de desarrollo que tiene esquemas completos y lista de materiales.

enlace

    
respondido por el Jonny Flowers

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