Buck regulador de conmutación basado en ATtiny84a - por favor critique!

Además de las inquietudes planteadas en los comentarios (polaridad P-FET incorrecta, sin diodo de captura / MOSFET), tengo algunas inquietudes de un vistazo rápido:

• El microcontrolador no podrá conducir la compuerta del Q1 muy duro (normalmente, los pines GPIO solo pueden generar unos pocos miliamperios), por lo que su encendido y apagado serán muy lentos. Esto limitará qué tan bien se comportará su interruptor de lado alto.

• No tiene una resistencia de puerta a fuente en Q1, por lo que depende únicamente de que GPIO mantenga activado o desactivado el MOSFET. Si el pin GPIO tiene una alta impedancia, el MOSFET puede activarse si la puerta cobra una carga del entorno.

• Si la resistencia de la puerta del canal P 70R está sólidamente encendida (si Q1 está saturada), se quemará

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

  que es una alta potencia loca ya que D va a ser alta (la entrada está cerca de la salida). Además, los 225 mA o los que fluirán también se quemarán en la Q1, lo cual no es saludable ya que es un dispositivo relativamente pequeño.

  (Necesita \ $ V_ {GS} \ $ de alrededor de 4V para extraer ~ 400mA a Q1, y necesita \ $ V_ {GS} \ $ de -7.5V para 40A en Q4).

  • Su red de retroalimentación puramente resistiva es una mala idea. Realmente necesitas alguna compensación y / o filtrado. Su comparador será hiper-rápido y podría reaccionar al cambio de ruido, captación, ondulación, etc. - ya que parece que no está utilizando un amplificador de error con compensación para controlar la ganancia y la fase, necesitará un límite. a través de R5 (y algo de suerte).

  • No tiene ningún monitoreo actual o protección contra sobrecorriente en su tren de potencia.

  • No tiene ninguna protección contra sobretensiones en su tren de potencia.

  • No tiene ninguna protección de sobrecalentamiento en su tren de potencia.

  • No tiene protección de polaridad inversa de entrada y un fusible de entrada en su tren de potencia. Gran no, no, especialmente cuando la fuente está basada en batería (capacidad de fuente de gran cortocircuito).

Este es un proyecto más simple si usa un controlador analógico sincrónico de tipo estándar. No entiendo por qué querría usar ATtiny para esto.

Dicho esto, este no es un proyecto simple ni mucho menos. Su esquema es en gran medida incompleto y carece de la protección de seguridad básica que necesitará cualquier fuente de alimentación (especialmente las que funcionan a niveles de potencia altos como el suyo).

Piense en sus requisitos, calcule todas las pérdidas, diseñe algunas protecciones y regrese con rev. 2.

Está diseñando un regulador Buck para:

• Vin de 12.8 a 16.8 voltios de una batería LiPo de alta capacidad.
• Vout de 12V a 40 amperios.
• La técnica de control es constante en el tiempo y variable en el tiempo.

Incluso después de la buena respuesta de Madmanguruman, hay cosas adicionales que deben tenerse en cuenta. La principal dificultad con este diseño será la alta corriente que se está procesando. Prestaré atención principalmente a los componentes de procesamiento de potencia, al modulador de potencia y al filtrado.

• El FET de potencia es el canal P. IRF4905: Rdson=0.02@25C, 0.034@150C; Ciss = 3500pF. La pérdida de conducción será muy alta. Para Vin = 16.8V, Vo = 12V, Iout = 40A, Pcond = \ $ \ text {D} \ text {Iout} ^ 2 \ text {Rds} \ $ = (.7) (1600) (0.034) = 38W. Después de considerar la resistencia térmica del paquete TO220 y la caja a la unión del disipador, se requerirá un disipador de calor con 2C / W para cumplir con la unión 150C con una temperatura ambiente de 25C. Es mucho mejor usar FET de canal N para situaciones de alta corriente. Un FET de canal N, de otro modo equivalente, tendrá 1/3 del Rdson como un FET de canal P.

• Gate Drive. No hay una unidad de compuerta adecuada en este diseño. Especialmente para apagar. Con 70 ohmios apagando un FET con un Ciss de 3500pF, el tiempo de apagado será de al menos 500 ns. Esto significará una enorme pérdida de conmutación en el FET, probablemente al menos 15W de pérdida adicional en el FET. Este diseño tiene que tener una unidad de puerta mucho mejor. Dado que la unidad de puerta debe mejorarse de todos modos; sería muy beneficioso cambiar a un FET de conmutación de canal N y utilizar un rectificador síncrono con un IC de unidad de compuerta (como IR2104 o LM5104 o algo así).

• Control histerético. No hay problema con el tiempo de activación constante, el control de tiempo de desactivación variable. El control histerético puede (si tiene cuidado) funcionar bien y tener una excelente respuesta transitoria. Pero, el problema aquí es usar el comparador en la unidad de usuario. Debe haber acceso al comparador para proporcionar histéresis adicional. Por lo tanto, se debe agregar un comparador con histéresis y con un tiempo de respuesta inferior a 500 nSeg. Desea agregar una histéresis de aproximadamente 100 mV.

• Filtro de salida. Buen inductor, L1. A 40A más la corriente de rizado estará al borde de la saturación. Sería mejor tener una parte actual más alta, pero no es una preocupación importante. Parece que los condensadores de salida C1 y C2 son cerámicos, lo que es una buena opción, debería poder tener un ESR total de menos de 20 mOhms para un rizado de voltaje de ~ 100 mV. Es interesante que la resistencia de carga a la carga máxima (~ 0.3 Ohmios) esté muy cerca de la impedancia característica del filtro de salida (~ 0.2 Ohmios). Esto es afortunado, ya que significa que el filtro está bien amortiguado, más sobre esto más adelante. Si solo está accionando motores con este suministro, no debería ser necesario el filtro de la segunda etapa (L2, C3).

Hay algunas funciones que deben quedar fuera:

• Límite actual, debe haber uno, por su propia seguridad, si no hay otra cosa. Con la cantidad de corriente que se está manejando, las sorpresas pueden surgir a toda prisa. No has vivido hasta que la parte superior del interruptor de alimentación se separa explosivamente de la parte inferior y vuela para pegarse en el techo. De todos modos, algún tipo de límite actual, incluso si es solo un fusible.

• Filtro de entrada. No queda claro el resto del sistema, pero la entrada de este suministro será la fuente de enormes cantidades de EMI. Normalmente esto sería un gran problema.

La impedancia de entrada también es una preocupación aquí. Los reguladores de conmutación tienen una impedancia de entrada negativa y pueden hacer buenos osciladores (desafortunadamente). La impedancia de la fuente, del LiPo y de la red de distribución, debe ser inferior a la mitad de la impedancia de entrada del suministro para evitar la oscilación. Creo que las baterías LiPo de alta capacidad tienen una impedancia de aproximadamente 20 mOhms (aunque esto aumenta con la edad). La impedancia de entrada a plena carga (40 A) de esta fuente con su filtro de salida de corriente (L1 con C1 y C2) tiene un mínimo de aproximadamente 100mOhms (a 9 KHz), lo que se ve bien si la impedancia de la red de distribución de la fuente se mantiene baja. Pero, recuerde que la amortiguación del filtro de salida que se veía tan bien en la carga de 40A, bueno, si la carga cae a 10A, la amortiguación no es tan buena. Eso significa que, con una carga de 10A, la impedancia de entrada mínima se reduce a aproximadamente 50 mOhms (a 9 KHz), lo que haría que la distribución de la fuente fuera realmente estrecha y problemática. Qué paradoja es que este sea un problema de carga liviana causado por la amortiguación del filtro de salida variable.