¿Por qué este convertidor de Buck da salida a una corriente tan baja?

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Estoy haciendo mi primer intento de construir un convertidor reductor, como suministro de corriente constante para un LED de 700ma, a partir de un suministro de 5V o 12V. Lo tengo trabajando con las piezas que tenía a mano, con una eficiencia de aproximadamente el 88%, pero incluso con un ciclo de trabajo del 100%, la corriente de salida es solo de alrededor de 70 m para una entrada de 5V. Para una entrada de 12 V, subirá a aproximadamente 185 m, pero mi diodo comienza a calentarse en ese momento. El interruptor se acciona a 62.5KHz directamente desde el pin PWM de un Arduino. Actualmente no hay comentarios, ya que está diseñado para alimentar una carga específica a un voltaje de entrada específico.

Simulé el convertidor en LTSpice antes de compilarlo, aunque las partes no son exactamente los mismos números de pieza que en LTSpice, así que estoy seguro de que muchos de los valores importantes son algo diferentes.

En el tablero, utilicé:

  • a DMG3420U (lógica MOSFET de canal N de nivel)
  • gorras polarizadas
  • diodo 1N4001
  • un inductor de 47 uh que tenía alrededor (no sé nada más sobre sus especificaciones, ¿hay alguna forma de medir las importantes?)

Hay algunas cosas que me desconciertan:

  1. Comprendí que cuando el ciclo de trabajo es del 100%, el diodo tendría polarización inversa, por lo que no debería haber ninguna disipación de potencia allí. ¿Por qué se está calentando la mía?
  2. ¿Por qué el convertidor solo suministra 70 mA? ¿Qué puedo hacer para averiguar qué lo limita?

LasimulaciónLTSpicemuestraquesuministraalrededorde850mAconunciclodetrabajodel99%,peroconpartesdiferentes.

Mi circuito, con un ciclo de trabajo del 30%. El canal 1 es el pin de la puerta del MOSFET, el canal 2 es la salida al LED. La ondulación es bastante baja, por lo que creo que eso significa que se está ejecutando en modo continuo.

Micircuitootravez,conunciclodetrabajodel100%.Enestepunto,misuministrodebancodicequeestásuministrando70m,a5.0voltios.Sisuboelvoltajea12V,obtengoalrededorde185ma.

El FET es un FET de canal N que por casualidad tengo. Ambos condensadores son 10uf. El diodo es un 1N4001 (no es ideal, lo sé). El inductor es un inductor de 47 uh que por casualidad tengo alrededor. No sé nada más al respecto.

    
pregunta Derek Lewis

4 respuestas

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En el ciclo de trabajo del 100%, tiene razón en que el diodo no conducirá. Además, su inductor reductor se saturará y tendrá el voltaje de entrada (menos las pérdidas resistivas) aplicado directamente a su LED sin ningún otro medio de limitación de corriente.

No estás conduciendo el MOSFET correctamente. Su voltaje de pulso debe ser de puerta a fuente, no de puerta a salida. Los convertidores Buck con MOSFET de serie de canal N necesitan un suministro de lado alto. El MOSFET nunca podrá encenderse completamente con la puerta y el drenaje cerca del mismo potencial con respecto a la fuente, ya que el umbral de puerta mínimo para esta parte (con respecto a la fuente) es de alrededor de 1.1V.

Tangente: usted dijo que desea un suministro de corriente constante, pero en su tren motriz no está midiendo la corriente que desea mantener constante. No acabo de seguir cómo se supone que funciona esto. Yo esperaría que tuviera algún tipo de elemento sensor de corriente (como una resistencia) en serie con su LED, que se usaría para generar un voltaje para controlar el ciclo de trabajo del dólar para hacer que la corriente sea constante.

    
respondido por el Adam Lawrence
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¿Por dónde empezar?

No muestra cómo está conduciendo el FET, pero voy a adivinar que se está conduciendo en referencia a la fuente (veo que Madmanguruman también mencionó esto ... y más completamente). El LED (que parece ser obsoleto ... si esto es Digikey, dice que se descontinuó en 2011) tiene una caída de 3.2V @ 0.7A hacia adelante, y con una frecuencia PWM de 63kHz significa que deseará aproximadamente 330uH para L1 (alrededor de 10 veces lo que tienes ahora). Aquí hay una publicación que trata sobre la elección de un inductor para un regulador de dólar. Dado que no se trata de una salida de voltaje, pero aún así desearía una conducción continua, probablemente pueda hacerlo con una mayor corriente de rizado (en este caso, +/- 20%), por lo que la ecuación sería:

  • \ $ L \ $ ~ \ $ \ frac {5 V _ {\ text {LED}}} {I _ {\ text {LED}} F _ {\ text {PWM}}} \ $ = \ $ \ frac { 5 \ text {(3.2 V)}} {\ text {(0.7 V)} \ text {(63000 kHz)}} \ $ ~ \ $ 330 \ text {$ \ mu $ H} \ $

Mirando las formas de onda, la traza superior de la primera imagen no se parece al voltaje de la compuerta. Se parece a la fuente o cátodo de D2. Tenga en cuenta que cuando el interruptor se apaga y el voltaje baja, cae por debajo del nivel del suelo, como es de esperar que haga el cátodo del diodo. Luego, tenga en cuenta que aproximadamente 2uSec más tarde salta a lo que parece ser el voltaje a través de C1, como cabría esperar si el L1 se quedara sin energía y se descontinuara. Probablemente sea la cantidad correcta de tiempo para una L1 de solo 47uH. También debe sonar en ese momento, pero hay suficiente pérdida en algún lugar del circuito (L1, D1, o tal vez incluso M1) para amortiguarlo.

No está claro cómo está controlando la corriente, pero al conducir un LED con una corriente constante, no debería necesitar C1. Simplemente mantenga la ondulación razonable en el inductor y obtenga una corriente constante en el LED. También sería más fácil compensar el bucle sin C1. Además, hay partes que proporcionan control de PWM para los LED, como este one ( que es el ejemplo más barato en Digikey).

Como señalaste, el 1N4001 no es una buena opción, será demasiado deficiente. Un schottky sería mejor.

    
respondido por el gsills
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Para averiguar qué es lo que limita la corriente, active el ciclo de trabajo y busque caídas de voltaje en cada componente. Si tiene 5V en la entrada, ese 5V debe estar cayendo a través de algo a medida que la corriente fluye desde el terminal positivo de la fuente a su terminal negativo. Ese algo es lo que limita tu corriente. Los contendientes obvios son el FET, el estrangulador, el suministro de entrada y el carga en sí mismo . Ninguno de esos componentes parece que debería tener ese tipo de caídas entre ellos, según los números de parte en su esquema, pero obviamente algo no se está sumando.

También deberías considerar el tablero sin soldadura; pueden ser difíciles de predecir.

    
respondido por el Stephen Collings
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Creo que tu magnetismo es muy pequeño. Con los inductores de potencia, la inductancia no lo es todo. Compruebe la resistencia de su serie y la corriente máxima que puede soportar.

    
respondido por el Joan

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