Convertidor Boost y una carga pulsada

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Estoy trabajando en un diseño que necesita un suministro de 9V. Actualmente, esto se proporciona con una batería de 9V, pero estoy buscando cambiar a una batería de litio (3.3 a 4.7V).

Este suministro tiene una carga pulsada de hasta 2A, con un ancho de pulso de 10 a 300 us pulsando a una frecuencia de 2 a 200 Hz. La corriente promedio máxima es de solo 40 mA o mucho más baja, pero está llegando en enormes picos.

No tengo mucha experiencia con convertidores boost. He estado considerando el TI LMR62014 , que cambia a 1.6MHz.

Mi primer pensamiento es usar una resistencia y un condensador grande para suavizar la corriente promedio a través del convertidor.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

¿Es este el enfoque correcto? ¿Hay algún problema evidente con él?

Mis otros pensamientos serían implementar un dispositivo de corriente constante (lo que probablemente aumentaría bastante el número de partes), pero estoy abierto a cualquier idea o sugerencia.

¡Gracias!

    
pregunta LeoR

2 respuestas

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El uso de un condensador de alisado grande como C1, aislado de la salida de refuerzo como con R1, puede ser la única forma de utilizar el LMR62014 para esto. El LMR62014 tiene un límite de cambio actual de aproximadamente \ $ 2A \ $, lo que significa que para \ $ L_o \ $ of \ $ 10 \ mu H \ $, \ $ V _ {\ text {in}} \ $ of \ $ 3.3 V \ $, y \ $ f_s \ $ of \ $ 1.6 {\ text {MHz}} \ $, la más reciente entregada a una salida de \ $ 9 V \ $ será ~ \ $ 0.65A \ $. Por lo tanto, no puede soportar pulsos de alta corriente por sí solo. Esto puede ser una bendición, ya que no habría necesidad de intentar obtener mucho ancho de banda fuera del circuito de control. Solo deja que la capacitancia a granel haga el trabajo.

Por supuesto, C1 de \ $ 470 \ mu F \ $ puede no ser suficiente dependiendo de la cantidad de inclinación que pueda soportar durante el pulso. Usando la ecuación proporcionada por ThePhoton, muestra que la caída máxima esperada para un \ $ 300 \ mu sec \ $, \ $ 2 A \ $ pulse sería aproximadamente \ $ 1.3V \ $, para una parte con esr. Insignificante.

Se requerirá tener algún tipo de carga en la salida del impulso en todo momento, de lo contrario, \ $ V _ {\ text {out}} \ $ aumentará hasta que algo lo limite al descomponerse. Una carga de \ $ 40 {\ text {mA}} \ $ (\ $ R_o \ $ of \ $ 225 \ Omega \ $) mantendría la operación en CCM si \ $ L_o \ $ = \ $ 10 \ mu H \ $ y \ $ V _ {\ text {in}} \ $ < \ $ 4.7V \ $.

Para obtener el mejor rendimiento dinámico, es indeseable cambiar los modos de conducción, lo que significa que en este caso permanecerá en CCM. El límite CCM / DCM se define como:

\ $ L _ {\ text {crit}} \ $ = \ $ \ frac {(\ text {dc} -1) ^ 2 \ text {dc} R_o} {2 f_s} \ $; Donde \ $ \ text {dc} \ $ = \ $ \ frac {V _ {\ text {out}} - V _ {\ text {in}}} {V _ {\ text {out}}} \ $

Una buena referencia es " Descripción de las etapas de potencia de Boost ". Si vas a diseñar un impulso, ese es un buen lugar para comenzar.

    
respondido por el gsills
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Para fines de modelado, modelaría la carga con una fuente actual. O posiblemente una carga resistiva que representa la carga cuando el pulso no está ocurriendo, más una fuente de corriente pulsada en paralelo para representar las demandas de corriente transitoria de la carga.

Le ayudará a conocer los tiempos de aumento y caída del pulso cuando aumenta la demanda actual.

Su enfoque de agregar una gran capacitancia de salida en la fuente de alimentación es la forma habitual de lidiar con el cambio de cargas. Sin embargo, debes tener cuidado con algunas cosas.

Para saber realmente cómo reaccionará su convertidor boost, necesitará saber cómo está diseñado su bucle de control. Con una conmutación de 1,6 MHz, es típico diseñar un bucle de control con un ancho de banda de ~ 200 kHz, por lo que después de aproximadamente 5 uss de mayor demanda, el convertidor boost debería poder responder con un ciclo de trabajo mayor y proporcionar la corriente adicional necesaria.

Sin embargo, su capacidad de salida adicional podría afectar la respuesta. Por lo tanto, sería una buena idea modelar el bucle de control y asegurarse de que permanezca estable con un buen margen de fase después de agregar el capacitor de salida. No estoy tan seguro de los convertidores de refuerzo, pero en los convertidores Buck, el condensador de salida ESR tiene una importante contribución a la respuesta del bucle, así que asegúrese de incluir eso en su modelo.

También es posible que haya algún timbre en la respuesta de carga. Entonces, si necesita una respuesta realmente limpia, debe modelar el bucle de control del convertidor y simular la respuesta transitoria.

Si el tiempo de respuesta del convertidor es aproximadamente 5 us, entonces considere

$$ V = Q / C = I \ cdot {} t / C $$

para un transitorio de 2 A de un condensador de 470 uF para 5 us, puede esperar una fluctuación de voltaje de aproximadamente 20 mV en respuesta al transitorio. Si esto no es aceptable, tendrá que considerar valores de capacitores aún más altos.

    
respondido por el The Photon

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