Ich habe in letzter Zeit über Leistungselektronik gelesen und als Herausforderung (und auch als Lernübung) mein erstes Schaltnetzteil entworfen - in diesem Fall einen Abwärtswandler.
Es ist vorgesehen, 3,5-4,0 V (von der Diodenreferenzquelle festgelegt) und bis zu 3 A zu liefern, um einige Leistungs-LEDs mit einer beliebigen Gleichstromquelle zu betreiben , die von einem 5-V-USB-Ladegerät bis zu einer 9-V-PP3-Batterie reicht. Ich möchte eine effiziente Versorgung, da Heizung und Batterielebensdauer ein echtes Problem darstellen (andernfalls wäre ich faul und würde eine 7805 + -Diode verwenden).
HINWEIS: Ich habe bereits bemerkt, dass ich die Schaltlogik falsch herum habe. Ich muss entweder die Verbindungen in den Komparator tauschen oder !Q
die MOSFETs ansteuern.
Meine Wahl von MOSFETs anstelle von BJTs war auf die Leistungsverluste in einem BJT und die auftretenden thermischen Probleme zurückzuführen. Ist diese Entscheidung, MOSFETs anstelle von BJTs / IGBTs zu verwenden, aufgrund der verbesserten Effizienz der richtige Anruf?
Anstatt einen PWM-Chip zu verwenden, wie es in vielen Hobbyforen vorgeschlagen wird, habe ich mich für eine Kombination aus Komparator, Takt und Latch entschieden, um schnell zwischen "Laden" und "Entladen" zu wechseln. Gibt es einen besonderen Nachteil dieses Ansatzes? Der CMOS-Latch (ein D-Flip-Flop) kopiert Daten zu den Ausgängen bei der ansteigenden Flanke von Impulsen vom Taktgenerator (ein CMOS-Schmitt-Inverter + Rückkopplung).
Die Wahl der Zeitkonstanten / Eckfrequenzen für den Takt und den Buck-Tiefpass (10-100 kHz bzw. 10 Hz) soll die Annäherung an kleine Welligkeiten unterstützen und es dem Ausgangskondensator ermöglichen, sich ab dem Einschalten in angemessener Zeit aufzuladen. Ist dies die richtige Reihe von Überlegungen, um die Werte dieser Komponenten zu bestimmen?
Wie würde ich außerdem den Wert des Induktors berechnen? Ich würde annehmen, dass es vom typischen Ausgangsstrom und dem Wert des Tiefpasskondensators abhängt, aber ich kann nicht genau herausfinden, wie.
[bearbeiten:]
In der Vergangenheit habe ich das gezeigte MOSFET-Paar (zusätzlich zur Software-PWM) verwendet, um H-Brücken für die bidirektionale Motorsteuerung mit variabler Drehzahl zu erstellen - und solange ich die PWM-Periode viel länger als die MOSFET-Schaltzeit gehalten habe war die Energieverschwendung durch Kurzschluss während des Schaltens vernachlässigbar. In diesem Fall werde ich den N-Mosfet durch eine Schottky-Diode ersetzen, da ich noch nie eine Schottky-Diode verwendet habe und sehen möchte, wie sie sich verhält.
Ich verwende eine einfache Kombination aus Wechselrichter und RC, um das Taktsignal bereitzustellen, da ich keine besonders konsistente oder präzise Frequenz benötige, solange diese erheblich höher ist als die High-Cut-Eckfrequenz des Buck-Boost.
[edit II:]
Ich baute es auf einem Steckbrett und zu meiner Überraschung funktionierte es sofort ohne Probleme und mit einem Wirkungsgrad von ~ 92% (im Vergleich zu den 94%, die ich aus Schalt- / Komponentenverlusten berechnet hatte).
Beachten Sie, dass ich den Widerstand in der Ausgangsstufe aus Faulheit weggelassen habe - außerdem kann ich mich nicht genau erinnern, warum ich ihn überhaupt dort platziert habe.
Ich habe die Sperrdiode parallel zum P-MOSFET weggelassen und anstelle des N-MOSFET auch eine 1N5817-Schottky-Diode (Hinweis: Nennwert 1A) verwendet. Es erwärmt sich nicht genug, damit meine Fingerspitzen es bemerken. Ich habe jedoch eine Diode mit höherer Nennleistung bestellt, wenn ich die endgültige Einheit zusammenbaue, die mit Volllast betrieben wird.
Ich habe den LM393-Komparator während des Tests versehentlich durchgebrannt, aber ein LM358AN hat seinen Platz sofort ohne Probleme eingenommen.
Da ich keine anständige Software für Schaltungsdesign + Layout / Routing finden kann, die unter Arch Linux x64 ausgeführt werden kann (oder bei nativer Linux-Software sogar installiert werden kann), habe ich sie manuell angelegt, sodass sie wahrscheinlich nicht funktioniert Bis es gelötet ist ... Aber das trägt nur zum "Spaß" bei, denke ich!
Verwendete Komponentenwerte: Clock gen {1kR, 100nF}; Buck-Ausgang {330uH, 47uF}; Eingangskondensator [nicht gezeigt] {47uF}; P-MOSFET {STP80PF55}; N-MOSFET {Schottky-Diode stattdessen 1N5817 - durch> = 3A-Version zu ersetzen}; ICs {40106 NXP, 4013 NXP, LM358AN}