Бак переключающий регулятор на базе ATtiny84a - пожалуйста, критикуйте!

Вот попытка сконструировать понижающий регулятор на основе ATtiny84a в качестве ШИМ-контроллера. Он должен переходить от батареи 4S LiPo (12,8 - 16,8 вольт) к разумно регулируемому выходу 12 В, используемому для управления серводвигателями, которые принимают входы 10-14 В. 4S LiPo немного слишком высокий, а 3S LiPo немного слишком низкий, тем более, что я хочу номинальный крутящий момент 12 В. Конструкция рассчитана на 40 ампер в худшем случае (подавляя большинство двигателей).

Я не могу купить один из них, потому что, как только я выхожу из диапазона 10-15 А, все преобразователи постоянного тока постоянного тока предназначены для промышленного использования и имеют тяжелые случаи, действительно дороги, требуют ввода 24 В или других подобных несоответствий с моими нынешними требованиями.

Идея состоит в том, чтобы использовать встроенный аналоговый компаратор в AVR для обнаружения превышения / снижения целевого напряжения и генерировать импульс определенной длительности при обнаружении пониженного напряжения.

Я построил бы это на макете с проводами 20-го калибра, припаянными к выводам компонентов для мощных трактов.

Я знаю, как держать "узел переключения" и путь обратной связи как можно короче при попытке сделать макет. Я также нашел бы все следы, которые не использовались для создания наземного самолета бедняка.

Я попытался выбрать дроссель, где ток насыщения соответствует моему максимальному выходному току, и понижающую индуктивность, где ток насыщения выше, чем мой максимальный выход.

Угловая частота 94 мкФ и 3,3 мкГн составляет около 9 кГц, и я предполагаю, что AVR будет работать намного быстрее, чем это. Я думаю, что 5-импульсный импульс каждый раз, когда обнаруживается пониженное напряжение, а затем просто возвращаюсь, чтобы снова искать пониженное напряжение. Это дает максимальную частоту (при рабочем цикле около 100%) 200 кГц.

И вот схема: https://watte.net/switch-converter.png

В дополнение к проблемам, поднятым в комментариях (неправильная полярность P-FET, диод без зацепления / MOSFET), у меня есть несколько быстрых проблем:

• Микроконтроллер не сможет очень сильно управлять воротами Q1 (обычно контакты GPIO могут выдавать только несколько миллиампер), поэтому ваше включение и выключение будет очень медленным. Это ограничит то, насколько хорошо будет работать ваш верхний переключатель.

• У вас нет резистора затвора к источнику на Q1, поэтому вы зависите исключительно от GPIO, который поддерживает или выключает MOSFET. Если вывод GPIO имеет высокий импеданс, МОП-транзистор может включиться, если затвор получает заряд из окружающей среды.

• Если резистор затвора P-канала 70R постоянно включен (если Q1 насыщен), он сгорит

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

  что сумасшедшая высокая мощность, так как D будет высоким (вход близок к выходу). Кроме того, 225 мА или около того, что будет течь, также будет сожжено в Q1, который не является здоровым, так как это относительно небольшое устройство.

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

  • Ваша чисто резистивная сеть обратной связи - плохая идея. Вам действительно нужна некоторая компенсация и / или фильтрация. Ваш компаратор будет сверхбыстрым и может реагировать на шум переключения, срабатывание, пульсации и т. Д. - поскольку вы, похоже, не используете усилитель ошибок с компенсацией для управления усилением и фазой, вам понадобится некоторое ограничение через R5 (и немного удачи).

  • У вас нет текущего контроля или защиты от перегрузки по току в вашей силовой передаче.

  • У вас нет защиты от перенапряжения в вашей силовой передаче.

  • У вас нет защиты от перегрева в трансмиссии.

  • У вас нет защиты от обратной полярности и входного предохранителя в вашей силовой передаче. Большой нет-нет, особенно когда источник работает от батареи (большой источник короткого замыкания).

Это более простой проект, если вы используете стандартный аналоговый синхронный контроллер. Я не понимаю, почему вы хотели бы использовать ATtiny для этого.

При этом, это не простой проект с любой натяжкой. Ваша схема в основном неполна и не имеет базовой защиты, необходимой для любого источника питания (особенно такого, который работает на высоких уровнях мощности, как у вас).

Подумайте о ваших требованиях, рассчитайте все потери, спроектируйте некоторые средства защиты и вернитесь с рев. 2.

Вы разрабатываете регулятор Buck для:

• Vin от 12,8 до 16,8 Вольт от батареи LiPo высокой емкости.
• Vout 12V @ 40 ампер.
• Техника управления постоянна по времени и переменна по времени.

Даже после хорошего ответа Madmanguruman есть и другие вещи, которые следует отметить. Основной сложностью в этой конструкции будет большой обрабатываемый ток. Я буду уделять внимание главным образом компонентам обработки энергии, модулятора мощности и фильтрации.

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

• Ворота Драйв. В этой конструкции нет подходящего привода для ворот. Особенно для выключения. При отключении FET на 70 Ом при Ciss 3500 пФ время выключения составит не менее 500 нсек. Это будет означать огромные потери при переключении в FET, вероятно, по меньшей мере, 15 Вт дополнительных потерь в FET. Эта конструкция должна иметь гораздо лучший привод ворот. Так как привод ворот должен быть улучшен в любом случае; было бы очень полезно перейти на полевой транзистор с переключением каналов N и использовать соответствующий синхронный выпрямитель с ИС привода затвора (например, IR2104 или LM5104 или что-то подобное).

• Гистерезисный контроль. Нет проблем с постоянным временем, переменным временем выключения. Гистерезисный контроль может (если вы осторожны) работать хорошо и иметь превосходный переходный эффект. Но проблема здесь заключается в использовании компаратора в ОК. Для обеспечения дополнительного гистерезиса необходим доступ к компаратору. Таким образом, необходимо добавить компаратор с гистерезисом и временем отклика менее 500 нсек. Вы хотели бы добавить гистерезис около 100 мВ.

• Выходной фильтр. Хороший индуктор, L1. При 40А плюс пульсационный ток он будет на грани насыщения. Было бы лучше иметь более высокую текущую часть, но это не главная проблема. Похоже, что выходные конденсаторы C1 и C2 являются керамическими, что является хорошим выбором, и должно иметь общую ESR менее 20 мОм для пульсирующего напряжения ~ 100 мВ. Интересно, что сопротивление нагрузки при максимальной нагрузке (~ 0,3 Ом) очень близко к характеристическому сопротивлению выходного фильтра (~ 0,2 Ом). Это удачно, так как это означает, что фильтр хорошо демпфирован, подробнее об этом позже. Если вы используете только двигатели с этим источником питания, не нужно использовать фильтр второй ступени (L2, C3).

Есть некоторые функции, которые должны быть там:

• Текущий лимит, он должен быть один, для вашей же безопасности, если ничего больше. С количеством текущего тока неожиданности могут возникнуть в спешке. Вы не дожили до тех пор, пока верхняя часть выключателя не взорвется от нижней части и не отлетит, чтобы прилипнуть к потолку Во всяком случае, какой-то текущий предел, даже если это просто предохранитель.

• Входной фильтр. Что касается остальной части системы, неясно, но вход этого источника будет источником огромных электромагнитных помех. Обычно это было бы большой проблемой.

Входной импеданс также является проблемой здесь. Импульсные регуляторы имеют отрицательное входное сопротивление и могут стать хорошими генераторами (к сожалению). Сопротивление источника, LiPo и распределительной сети должно быть меньше, чем 1/2 входного сопротивления источника, чтобы предотвратить колебания. Я думаю, что LiPo аккумуляторы большой емкости имеют импеданс около 20 МОм (хотя это увеличивается с возрастом). Входной импеданс при полной нагрузке (40A) этого источника питания с его токовым выходным фильтром (L1 с C1 и C2) имеет минимум около 100 мОм (при 9 кГц), что выглядит неплохо, если сопротивление источника распределительной сети остается низким. Но, помните, демпфирование выходного фильтра, которое выглядело так хорошо при нагрузке 40А, хорошо, если нагрузка падает до 10А, демпфирование не так хорошо. Это означает, что при нагрузке 10 А минимальный входной импеданс падает примерно до 50 мОм (при 9 кГц), что сделало бы распространение исходного кода действительно трудным и проблематичным. Какой парадокс, чтобы это была проблема небольшой нагрузки, вызванная переменным демпфированием выходного фильтра.