Bộ điều chỉnh chuyển mạch Buck dựa trên ATtiny84a - vui lòng phê bình!

Đây là một nỗ lực trong việc thiết kế bộ điều chỉnh buck dựa trên ATtiny84a làm bộ điều khiển PWM. Nó nên đi từ pin LiPo 4S (12,8 - 16,8 volt) đến đầu ra 12V được điều chỉnh hợp lý, được sử dụng để điều khiển động cơ servo chấp nhận đầu vào 10-14V. 4S LiPo hơi quá cao và 3S LiPo hơi quá thấp, đặc biệt là khi tôi muốn mô-men xoắn 12V được đánh giá. Thiết kế này nhằm cung cấp 40 amps trong trường hợp xấu nhất (làm chậm phần lớn các động cơ.)

Tôi không thể mua một trong số này, vì ngay khi tôi rời khỏi phạm vi 10-15A, tất cả các bộ chuyển đổi DC DC được thiết kế để sử dụng trong công nghiệp và có vỏ nặng, thực sự đắt tiền, yêu cầu đầu vào 24V hoặc các kết hợp sai khác như vậy với yêu cầu hiện tại của tôi.

Ý tưởng là sử dụng bộ so sánh tương tự tích hợp trong AVR để phát hiện trên / dưới điện áp mục tiêu và tạo ra xung có thời lượng xác định khi phát hiện dưới.

Tôi sẽ xây dựng cái này trên bảng mạch với 20 dây đo được hàn trên các bộ phận dẫn cho các đường dẫn công suất cao.

Tôi biết về việc giữ "nút chuyển đổi" và đường dẫn phản hồi càng ngắn càng tốt, khi cố gắng thực hiện bố cục. Tôi cũng sẽ nối đất tất cả các dấu vết bánh mì không được sử dụng, để làm cho máy bay mặt đất của một người nghèo.

Tôi đã thử chọn một cuộn cảm trong đó dòng bão hòa phù hợp với dòng đầu ra tối đa của tôi và một cuộn cảm buck trong đó dòng bão hòa cao hơn đầu ra tối đa của tôi.

Tần số góc 94 uF và 3,3 uH là khoảng 9 kHz, và tôi tưởng tượng rằng AVR sẽ chạy nhanh hơn nhiều. Tôi đang nghĩ rằng một xung 5 chúng tôi mỗi lần phát hiện dưới điện áp, và sau đó chỉ cần quay lại để tìm kiếm dưới điện áp một lần nữa. Điều đó cho tần số tối đa (ở mức gần 100% chu kỳ nhiệm vụ) là 200 kHz.

Và đây là sơ đồ: https://watte.net/switch-converter.png

Ngoài những lo ngại được đưa ra trong các ý kiến ​​(phân cực P-FET không chính xác, không có diode bắt / MOSFET), tôi có một số lo ngại nhanh chóng:

• Bộ vi điều khiển sẽ không thể điều khiển cổng Q1 rất khó (thông thường các chân GPIO chỉ có thể cung cấp một vài milliamp) nên việc bật và tắt của bạn sẽ rất chậm. Điều này sẽ hạn chế mức độ chuyển đổi phía cao của bạn sẽ hoạt động tốt như thế nào.

• Bạn không có điện trở cổng-nguồn trên Q1, vì vậy bạn chỉ phụ thuộc vào GPIO để bật hoặc tắt MOSFET. Nếu chân GPIO có trở kháng cao, MOSFET có thể tự bật nếu cổng lấy điện tích từ môi trường.

• Nếu điện trở cổng P kênh 70R của bạn được bật chắc chắn (nếu Q1 bão hòa), nó sẽ bị cháy

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

  đó là công suất cao điên cuồng vì D sẽ cao (đầu vào gần với đầu ra). Ngoài ra, 225mA hoặc lâu hơn sẽ chảy trong Q1, không lành mạnh vì đây là một thiết bị tương đối nhỏ.

  $V_{GS}$$V_{GS}$

  • Mạng phản hồi hoàn toàn điện trở của bạn là một ý tưởng tồi. Bạn thực sự cần một số bồi thường và / hoặc lọc. Bộ so sánh của bạn sẽ cực nhanh và có thể phản ứng với việc chuyển đổi tiếng ồn, thu, gợn, v.v. - vì dường như bạn không sử dụng bộ khuếch đại lỗi có bù để kiểm soát mức tăng và pha, bạn sẽ cần một số nắp trên R5 (và một số may mắn).

  • Bạn không có bất kỳ sự giám sát hiện tại hoặc bảo vệ quá dòng nào trong tàu điện của bạn.

  • Bạn không có bất kỳ bảo vệ quá điện áp trong tàu điện của bạn.

  • Bạn không có bất kỳ sự bảo vệ quá nhiệt trong tàu điện của bạn.

  • Bạn không có bảo vệ phân cực ngược đầu vào và cầu chì đầu vào trong tàu điện của bạn. Lớn không có, đặc biệt là khi nguồn dựa trên pin (khả năng tìm nguồn ngắn mạch lớn).

Đây là một dự án đơn giản hơn nếu bạn sử dụng bộ điều khiển buck đồng bộ tương tự có sẵn. Tôi không hiểu tại sao bạn muốn sử dụng ATtiny cho việc này.

Điều đó đang được nói, đây không phải là một dự án đơn giản bởi bất kỳ căng. Sơ đồ của bạn phần lớn không đầy đủ và thiếu sự bảo vệ an toàn cơ bản mà bất kỳ nguồn cung cấp điện nào (đặc biệt là các nguồn chạy ở mức năng lượng cao như của bạn) sẽ cần.

Hãy suy nghĩ về các yêu cầu của bạn, tính toán tất cả các tổn thất, thiết kế trong một số biện pháp bảo vệ và quay lại với rev. 2.

Bạn đang thiết kế bộ điều chỉnh Buck cho:

• Vin từ 12,8 đến 16,8 V từ pin LiPo dung lượng cao.
• Vout của 12V @ 40 Amps.
• Kỹ thuật điều khiển là Hằng số về thời gian và thời gian tắt thay đổi.

Ngay cả sau câu trả lời tốt của Madmanguruman, vẫn có những điều cần lưu ý. Khó khăn chính với thiết kế này sẽ là dòng điện cao đang được xử lý. Tôi sẽ chú ý chủ yếu đến các thành phần xử lý năng lượng, bộ điều biến năng lượng và lọc.

• $\text{D } \text{Iout}^2 \text{Rds}$

• Cổng ổ đĩa. Không có ổ đĩa cổng đầy đủ trong thiết kế này. Đặc biệt là để tắt. Với 70 Ohm tắt FET với Ciss là 3500pF, thời gian tắt sẽ ít nhất là 500nSec. Điều này có nghĩa là tổn thất chuyển đổi lớn trong FET, có thể mất ít nhất 15W trong FET. Thiết kế này phải có một ổ đĩa cổng tốt hơn nhiều. Vì ổ đĩa cổng cần phải được cải thiện dù sao; Sẽ rất có lợi khi thay đổi thành FET chuyển kênh N và sử dụng bộ chỉnh lưu đồng bộ phù hợp với IC ổ đĩa cổng (như IR2104 hoặc LM5104 hoặc một số loại khác).

• Kiểm soát kích động. Không có vấn đề với hằng số về thời gian, biến mất kiểm soát thời gian. Kiểm soát kích động có thể (nếu bạn cẩn thận) hoạt động tốt, và có phản ứng thoáng qua tuyệt vời. Nhưng, vấn đề ở đây là sử dụng bộ so sánh trong uC. Cần phải có quyền truy cập vào bộ so sánh để cung cấp độ trễ bổ sung. Vì vậy, một bộ so sánh với độ trễ và với thời gian đáp ứng nhỏ hơn 500nSec cần được thêm vào. Bạn sẽ muốn thêm độ trễ khoảng 100mV.

• Bộ lọc đầu ra. Cuộn cảm tốt, L1. Ở mức 40A cộng với dòng điện gợn, nó sẽ ở trên bờ bão hòa. Sẽ tốt hơn nếu có một phần hiện tại cao hơn, nhưng nó không phải là một mối quan tâm chính. Có vẻ như các tụ điện đầu ra C1 và C2 là gốm, là một lựa chọn tốt, nên có thể có tổng ESR dưới 20 mOhms cho điện áp gợn ~ 100mV. Điều thú vị là điện trở tải ở tải tối đa (~ 0,3 Ohms) rất gần với trở kháng đặc trưng của bộ lọc đầu ra (~ 0,2 Ohms). Điều này là may mắn, vì nó có nghĩa là bộ lọc được làm ẩm tốt, nhiều hơn về điều này sau. Nếu bạn chỉ lái động cơ với nguồn cung cấp này thì không cần bộ lọc giai đoạn thứ hai (L2, C3).

Có một số chức năng còn sót lại cần phải có:

• Giới hạn hiện tại, cần phải có một, vì sự an toàn của chính bạn nếu không có gì khác. Với số lượng hiện tại đang được xử lý, bất ngờ có thể đến vội vàng. Bạn đã không sống cho đến khi đỉnh của công tắc điện tách ra một cách bùng nổ từ phía dưới và bay ra để dính vào trần nhà. Dù sao, một số loại giới hạn hiện tại, ngay cả khi nó chỉ là một cầu chì.

• Bộ lọc đầu vào. Không rõ về phần còn lại của hệ thống, nhưng đầu vào của nguồn cung cấp này sẽ là nguồn cung cấp một lượng lớn EMI. Thông thường đây sẽ là một vấn đề lớn.

Trở kháng đầu vào cũng là một mối quan tâm ở đây. Bộ điều chỉnh chuyển mạch có trở kháng đầu vào âm, và có thể tạo ra bộ dao động tốt (không may). Trở kháng nguồn, của LiPo và mạng phân phối phải nhỏ hơn 1/2 trở kháng đầu vào của nguồn cung cấp để ngăn ngừa dao động. Tôi nghĩ rằng pin LiPo dung lượng cao có trở kháng khoảng 20 mOhms (mặc dù điều này tăng theo tuổi). Trở kháng đầu vào ở mức đầy tải (40A) của nguồn cung cấp này với bộ lọc đầu ra hiện tại (L1 với C1 và C2) có tối thiểu khoảng 100mOhms (ở 9KHz), có vẻ tốt nếu trở kháng mạng phân phối nguồn được giữ ở mức thấp. Nhưng, hãy nhớ bộ giảm xóc bộ lọc đầu ra trông rất tốt ở mức tải 40A, nếu tải giảm xuống 10A thì không tốt lắm. Điều đó có nghĩa là ở mức tải 10A, tối thiểu trở kháng đầu vào giảm xuống khoảng 50 mOhms (ở 9KHz), mà sẽ làm cho việc phân phối nguồn thực sự chặt chẽ và có vấn đề. Thật là một nghịch lý, vì đây là một vấn đề tải nhẹ gây ra bởi giảm xóc bộ lọc đầu ra biến đổi.