mc34063 boost converter - bajo rendimiento y ruido en la interrupción de avr

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Tengo algún problema con mi proyecto de nixie.

1: mi mc34063 boost converter tiene un rendimiento pobre. Si bien uso el D3 y el Q2 activos para bajar mi mosfet, es suficiente para un solo tubo nixie (z566m - ~ 2-3mA). Pero cuando quito D3, Q2 y uso 330ohm para R12, entonces aumento eficiente pero solo para 4 nixies. Debería tener al menos 20 mA (con D3, P2) pero ahora tiene menos de 15 mA de eficiencia.

2: cuando configuro el voltaje por encima de 180 V, a menudo mi AVR se cuelga (probablemente se cuelga porque el ruido en la línea I2C, también se cuelga con más frecuencia cuando conecto mi 4x20 I2C lcd con cables de 20 cm), y también cuenta muy alto interrumpe el formulario RTC; no estoy seguro de que sea débil la activación o el ruido en la línea de suministro. Actualmente no tengo osciloskope por lo que es muy difícil de adivinar. Además, cuando el voltaje está por encima de 180 V, muy a menudo no puedo enviar un nuevo hexágono a mi avr (conexión fallida, mishmash o algo más). Ya grabé 2 avr durante la programación de la razón desconocida (no puedo rescatarlos incluso con avrdoctor - HVPP)

3 - ¿Alguna objeción al diseño de HV? Nunca proyecto este tipo de proyectos, así que aquí puede haber algunos errores en el enrutamiento.

Gracias por cualquier ayuda

    
pregunta Dobijasek

3 respuestas

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Aquí hay algunas cosas que podrías hacer:

  1. Usted organizó los componentes de su convertidor boost en una fila ordenada. Eso es algo muy malo en un convertidor de conmutación. En su lugar, debe intentar colocar los componentes lo más juntos posible para minimizar la longitud de las trazas en su tablero. En realidad, podría colocar los componentes como en su esquema, con un puente de conexión para MC_FB.

  2. Agregue un condensador cerámico y electrolítico al suministro del convertidor elevador. Sus pines deben conectarse a través de trazas cortas al lado de + 12V de R11 y la fuente de Q1. Esto debería ayudar a minimizar el área de bucle de la ruta que toma la corriente conmutada de alta frecuencia.

  3. Ponga una pequeña resistencia en serie con D3, quizás 4.7 Ohms. Eso reducirá un poco el ruido de conmutación pero aumentará la disipación de potencia en Q1.

  4. Coloque el convertidor boost en una placa separada.

  5. Usa un terreno estelar.

  6. No tenga miedo de usar puentes de cable si ayuda a mantener los rastros cortos. Si crees que los puentes se ven mal, usa resistores de 0 Ohm.

  7. Coloque perlas de ferrita en las líneas de suministro para el convertidor de refuerzo.

  8. Reduzca considerablemente R12 (100 Ohms 2W debería hacerlo), el tiempo de apagado de Q1 probablemente sea bastante malo con un R12 de 1k. Reemplace Q2 con un BC327 (ese transistor puede conducir corrientes más altas). Quizás también reemplace D3 con un UF4007 (no 1N4007).

Lo más importante es que mantenga la ruta de alta frecuencia de alta corriente en el convertidor boost lo más corto posible. El "lazo de entrada positivo - resistencia de detección de corriente - inductor - transistor de conmutación - entrada negativa - debe tener un área realmente pequeña en su tarjeta.

    
respondido por el Jonathan S.
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Me siento mal por decir esto teniendo en cuenta la cantidad de trabajo que se realizó en este tablero, pero el diseño del DC-DC es terrible.

Como dice Jonathan, deberías poder salvar esto colocando el convertidor de conmutación HV en una placa separada. Voy a explicar cómo construirlo.

Primero vea las imágenes en esta respuesta .

Consigue un poco de copperclad en blanco que será tu plano de tierra. Debería ser aproximadamente del mismo tamaño que su convertidor DC-DC actual para que pueda instalarlo más tarde, se ve como 3x6cm o algo así.

Luego toma un poco de perfboard, digamos 2x5 cm. Ponga esto encima del copperclad, boca abajo para que vea las almohadillas de cobre. Use 4 bits de colas de resistencia en las esquinas para soldarlo al plano de tierra y mantenerlo en su lugar.

Ahora puede montar su circuito en la placa de perfilado. Los cables de los componentes no podrán atravesar porque hay una placa de conexión a tierra en el otro lado, pero eso no es un problema. Haga las conexiones importantes lo más cortas posible. Esta es principalmente la ruta actual a través del límite de entrada, inductor, FET, diodo y límite de salida. El diseño óptimo tiene la tapa de entrada, la tapa de salida y los pines a tierra FET que se conectan a tierra en el mismo punto.

Lo importante aquí es que el copperclad le proporciona un plano de tierra de muy baja inductancia y puede soldar las clavijas de tierra de todos los componentes directamente sobre él. También actuará como un escudo y reducirá la radiación EMI.

Ahora, acerca de las opciones de componentes ... corrigamos las ecuaciones para su convertidor de refuerzo .

Vin = 12V / Vout = 180V / Iout = 20mA

Ciclo de trabajo D = 0,93 (que es demasiado alto para un impulso, un convertidor basado en transformador sería mejor aquí, pero sigamos ...)

La frecuencia es difícil de leer en el gráfico de la hoja de datos del MC34063 pero digamos F = 50kHz.

T = 1 / F = 20µs

Toff = (1-D) T = 1.33µs

Tonelada = DT = 18.66 µs

(Toff es un problema porque no estoy seguro de que el controlador de wimpy gate pueda hacer un ciclo completo de encendido / apagado en 1.3µs pero continuemos ...)

Corriente de rizado del inductor = Ton * Vin / L = 0.68A YIKES!!!!

A una salida de 180V / 20mA, debería tener una corriente de inductor promedio de alrededor de 300mA, pero como la corriente de rizado es más de 2 veces, algo tendrá que ceder en algún lugar ...

Ahora vamos a revisar las mayúsculas:

Clasificación de corriente de ondulación de 2.2µF / 400V capacitor en la salida = 34 mA! ... Esta tapa es inútil de todos modos, ya que tiene un ESR de 40 ohms (hoja de datos aleatoria de Mouser). Por lo tanto, esta tapa pronto morirá y no suavizará el voltaje de salida.

El problema con el ESR alto de esta tapa de salida es que dará lugar a enormes picos de voltaje en la salida cuando el FET cambie. Además de la inductancia de diseño que no ayuda. Esto podría ser lo que envía a su microcontrolador en estado de coma. Con 40 ohms ESR cuando el FET se apaga y el inductor descarga su corriente en la tapa de salida, está viendo un pico de 20-30 voltios con un tiempo de subida igual al tiempo de apagado del FET, que es bastante rápido ...

Corrección: use una tapa de bajo ESR con una clasificación de corriente de ondulación adecuada en la salida. Esto será un poco difícil de encontrar, a menos que uses cerámica o película, pero a 400 V serán enormes y, por lo tanto, inductivos. (Esta es también la razón por la que un convertidor basado en transformador funcionaría mucho mejor, la ondulación de la corriente de salida es mucho menor).

El límite de entrada (en 12V) también debe ser capaz de proporcionar un rizado de 0,68 A a 50 kHz, por lo que debe ser uno fuerte y de baja ESR. Compruebe la hoja de datos. Añadir tapones de cerámica en paralelo.

Revisé este tipo que vende un kit con el mismo esquema, y no parece molestarle en absoluto que el límite de salida se ejecute a más de 20 veces su corriente de ondulación máxima nominal. Me pregunto cuánto durará ...

A la luz de esto, le aconsejaría que obtenga un convertidor basado en transformador, quizás esta una , nunca lo tuve en la mano, así que no puedo responder por ello. Está disponible en eBay por aproximadamente $ 10.

    
respondido por el peufeu
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Intenté cambiar el diodo D3, el transistor Q2, agregar resistencia con D3 después, reemplazar el inductor, el Cosc o el capacitor de salida con casi cualquier combinación, a veces solo ayuda. Al final, simplemente coloqué el potenciómetro directamente en Mosfet Gate (actualmente su resistencia es de ~ 230ohm) y mi convertidor revive, incluso mi bobina y mosfet tienen menos calentamiento, solo creo que estaba sonando pero sin osciloscopio es casi imposible de confirmar. Ahora mi dispositivo no se cuelga, no tengo problemas durante la programación y mi interrupción cuenta correctamente, incluso si toco todos los dedos con mi dedo. Sin embargo, ahora no puedo ir más alto que 195V. También recalculo las resistencias para que mis nixies y dos puntos funcionen alrededor de 170-175 V y ahora es probable que estén bien.

En este caso no tengo otra opción porque tengo que terminar mi reloj nixie en pocos días porque es un regalo para alguien;). Gracias por cualquier respuesta y sugerencia.

    
respondido por el Dobijasek

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