Помогите с бустерным стабилизатором тока!

[Lum1noFor]

Здравствуйте, уважаемые коллеги! Я в силовой электронике новичок, поэтому прошу Вашей помощи. Проковырялся месяц - ничего не выходит, хоть головой об стол бейся. Задача такая: нужно сделать повышалку со стабилизацией выходного тока; напряжение питания - 3В (один LiFePO4), выходное напряжение 4.3 вольта, выходной ток - 4.5A. В качестве микросхемы управления была выбрана MAX668 из-за своих маленьких размеров и внешнего ключа. Схема работает на частоте 500 кГц. Обратная связь по току снимается с токоизмерительного резистора R7 (два резистора по 0.01 Ом в параллель, итого 0.005 Ом) и усиливается операционным усилителем LM7301. Цепь обратной связи ОУ была подобрана так, чтобы при токе через токоизмерительный резистор в 4.5 А на выходе ОУ было ровно 1.25 вольт (пороговое напряжение ШИМ-компаратора MAX668). Дроссель намотан на кольце от Magnetics 055050 (человек, что подогнал колечко, говорит, что снимал с него около 50 ватт!) проводом ПЭТВ2 D=2мм, 3 витка, суммарная индуктивность около 0,6uH. Дроссель работает в режиме неразрывных токов. Транзистор Vishay Si7840BDP, диод Шоттки V40PW10C. Входные и выходные конденсаторы - керамика 47uF, 10В по четыре штуки в параллель. Предполагаемое сопротивление нагрузки 1±0,3 Ом.

В принципе, схема работает. Проблема, собственно, в том, что я никак не могу получить необходимые 4.5А в нагрузку. 3.9А - пожалуйста, а вот 4.5 - никак. А стоит только повысить сопротивление нагрузки на две-три десятых ома - ток падает пропорционально. При этом на выходе операционника напряжение становится меньше 1.25В, то есть схема тупо не может пропустить через токоизмерительный резистор нужный ток из-за недостатка выходного напряжения. В этом и главный вопрос новичка - я не понимаю, во что я уперся - ни то я "проваливаюсь" за критический коэффициент заполнения, ни то все-таки я упираюсь в паразитные параметры компонентов. Индуктивность дросселя снижал, ёмкость на выходе увеличивал - все равно больше четырех ампер на 1 Ом нагрузке никак. Заранее спасибо всем ответившим. Схему и печатку прилагаю во вложении (на печатке питание логики, сигнальная земля логики и земля операционника должны соединяться перемычками поверх микросхемы, поэтому на плате они никуда не идут; дроссель впаивается одним концом на плюс к конденсаторам, вторым - между стоком транзистора и анодом диода).

Вложения

6WATT_new.lay6

(171.08 KiB) Скачиваний: 318

Схема.png

(26 KiB) Скачиваний: 423

[Starichok51]

печать не работает.
возможно сопротивление R3 вместе с сопротивлением соединительных проводников велико, поэтому не хватает амплитуды тока для передачи требуемой мощности.

[vem566]

Еще вариант. А как себя ведет входное напряжение при увеличении нагрузки? Ведь минимальное у MAX668 всего 3 вольта.

[Serge V Iz]

Как-то оно плохо сходится. Коэф заполнения, даже при небольшой, до 3В просадке элемента должен быть примерно 5/8 (4.5В выходных + падение на шоттки vs 3В входных). Это размах тока больше 6А, при среднем токе 4.5А, максимальный должен быть 7-8. Но при 3В на затворе этот полевик еще в линейном режиме работает (см пдфку, график тока при Vgs=3 и положение плато миллера на след. странице). Соответственно, на нем при таких токах прилично падать будет. Вольт, может больше даже. И не разгонит оно дроссель дотакого тока.

Можно попробовать элементы на 3.7..4.2В, и, желательно пару-тройку параллельно )

[Lum1noFor]

Спасибо всем за ответы!

Serge V Iz писал(а):

Как-то оно плохо сходится. Коэф заполнения, даже при небольшой, до 3В просадке элемента должен быть примерно 5/8 (4.5В выходных + падение на шоттки vs 3В входных). Это размах тока больше 6А, при среднем токе 4.5А, максимальный должен быть 7-8. Но при 3В на затворе этот полевик еще в линейном режиме работает (см пдфку, график тока при Vgs=3 и положение плато миллера на след. странице). Соответственно, на нем при таких токах прилично падать будет. Вольт, может больше даже. И не разгонит оно дроссель дотакого тока.

Можно попробовать элементы на 3.7..4.2В, и, желательно пару-тройку параллельно )

Пока речи про аккумуляторы не идет, питается все от лабораторного источника на 20А. Ставлю на источнике 3.3 вольта. Если напряжение питания ниже 3.2В - осцилограмма на стоке транзистора начинает "ерзать" туда-сюда, то расширяясь, то сужаясь. Видимо, как раз недостаток напряжения сказывается, как сказал ув. vem566. Про полевик здравое замечание, я в курсе проблемы - уже заказал Si7858BDP. Как Вы думаете - пойдет?

печать не работает.
возможно сопротивление R3 вместе с сопротивлением соединительных проводников велико, поэтому не хватает амплитуды тока для передачи требуемой мощности.

В смысле у Вас печатка не открывается? Сейчас выложу в PDF. С данным резистором тоже ситуация не совсем понятная - он считался по формуле из даташита, и при расчетном токе стока в 8 ампер на нем должно падать около 85 мВ. А на нем падает аж 300 мВ! Грешу на сам резистор, ибо я сдуру (гонясь за минимизацией габаритов) поставил SMD0805... на 8 ампер току :-D. Сегодня наковырял с ноутбучной платы большие мощные черные, размером больше 1206 и формой гитары. Попробую их.


Выкладываю печатку в виде картинки.

Вложения

Lay.zip

Почему-то не смог загрузить картинку, поэтому запаковал ее в архив.

(54.9 KiB) Скачиваний: 141

[Serge V Iz]

Si7858BDP - да, по картинкам уже на 1.5В в ключевом режиме. А с лабораторным питальником поднять напряжение до 3.7-3.9 и проверить, как оно себя будет чувствовать в условиях "самого обычного дешевого 18650 из ближайших хозтоваров" )

[Lum1noFor]

Serge V Iz писал(а):

Si7858BDP - да, по картинкам уже на 1.5В в ключевом режиме. А с лабораторным питальником поднять напряжение до 3.7-3.9 и проверить, как оно себя будет чувствовать в условиях "самого обычного дешевого 18650 из ближайших хозтоваров" )

А как же главное условие, что выходное напряжение бустера всегда должно быть больше входного? Напряжение полностью заряженного лития - 4.2В, а на выходе нужно получить 4.25-4.3В. "По самые помидоры", как говорится. Именно поэтому решил питать от LiFePO4. Возможно, лучшим вариантом будет купить MAX669 и Si7858BDP, тогда все должно работать как надо от 3 вольт.

[Serge V Iz]

На 4.25В поплохеет примерно половине батареек уже. На 4.35 - всем без исключения. Так что сопротивление дросселя и резистивного датчика тока как раз эту микроскопическую разницу и устранит, и будет оно (первые секунды) работать на минимальном КЗ, пока батарейка не подсядет )
А, там же шоттки, а не синхронный выпрямитель. Тогда вообще нет шансов на перенапряжение )

Добавлено after 28 minutes 43 seconds:
Кстати, сразу уж. У LM7301 GBP 4МГц. А при неединичном усилении (работа на нагрузку и ООС) , может оказаться, и в Ку раз меньше. Тут Ку=50, а что там с компенсацией усиления-фазы внутри макса - не пишут. Возможно, потребуется еще внешняя компенсация, вокруг ООС, если не повезет.

Хотя... размах тока огромный, пила в выходном должна быть суровой, возможно и этого хватит.

[Lum1noFor]

Serge V Iz писал(а):

Добавлено after 28 minutes 43 seconds:
Кстати, сразу уж. У LM7301 GBP 4МГц. А при неединичном усилении (работа на нагрузку и ООС) , может оказаться, и в Ку раз меньше. Тут Ку=50, а что там с компенсацией усиления-фазы внутри макса - не пишут. Возможно, потребуется еще внешняя компенсация, вокруг ООС, если не повезет.

Хотя... размах тока огромный, пила в выходном должна быть суровой, возможно и этого хватит.

Тоже думал про это. Но раз через простой делитель напряжения все должно работать, значит, и через операционник, я думаю, будет. А если не будет, то можно, не особо заморачиваясь, взять fc = 1/7 от частоты преобразования и посчитать простейшую цепь коррекции. Все-таки цепь обратной связи у этой микрухи более-менее стабильная. Видать, что-то внутри нагородили.

Добавлено after 13 minutes 34 seconds:
Собрал данный бустер без операционника, да и вообще без MAX'а. Тупо транзистор, дроссель и диод. На вход подал 3.8 вольта, транзистором рулил с генератора: частота 500 кГц, коэффициент заполнения 0.5. На выходе без нагрузки получилось 7.62 - вроде все верно. Но стоит только повесить нагрузку в 6 ом - и сразу просадка до 4 вольт. Из чего я делаю предварительный вывод о том, что дело не в микрухе. Так ведь? Даже 1 ампер не тянет при 7 вольтах.


UPD Оказывается, когда включал эту схему, не выпаял резистор Current Sense, на который грешил ув. Starichok51, между истоком и землей. Выпаяю уже завтра, о результатах отпишусь. Сегодня уже бошка не варит.

Последний раз редактировалось Lum1noFor Вт июн 19, 2018 07:53:12, всего редактировалось 1 раз.

[Serge V Iz]

По поводу эксперимента "с разомкнутым преобразователем" - в дроссель, получается, этим ключом с этим диодом за 1мкс можно закачать 0.66А полезного тока. Можно теперь поснимать передаточную характеристику на разных D ) Вдруг окажется, что там еще паразитные параметры типа емкостей дросселя и стока-истока вместе с недостаточно высокочастотным сердечником все сожрали )

[Lum1noFor]

В общем, поменял транзистор на Si7858BDP, включил без микросхемы - тупо бустер: диод, дроссель и транзистор с конденсаторами. Входная и выходная ёмкости - керамика 235 uF. При частоте генератора в 500 кГц и коэффициенте заполнения 0.5 (входное напряжение 3.3) выжал из схемы почти 50 ватт мощности. Греется, как ядерный реактор, даже несмотря на берквист, аж провода все самоотпаялись. Выходное напряжение 6.6 вольт при нагрузке 1 Ом. Входной ток 18 ампер. При этом токоизмерительный SMD0805-резистор с истока на землю, на который мы грешили, выпаивать не стал, и все работает отлично (падение на этом резисторе соответствует протекаемому через него току). Но когда впаял микросхему, опять жуткие просадки. Так что, понятное дело, микросхема как-то некорректно рулит скважностью. Буду дальше разбираться.

[Serge V Iz]

18А - это 60Вт на входе. Можно допустить что на выпрямителе и ключе пропадает по 3-4Вт, оставшиеся 10 надо искать )
И, кстати, с этим датчиком тока ключа контроллер будет ограничиваться вдвое меньшим входным током. Так что результат в районе 3В на 1Ом нагрузке это (с его точки зрения) нормально. Можно домотать до индуктивности (порядок величины) 10мкГн и попробовать поработать в более... традиционном виде CCM с более традиционным же уровнем пульсаций тока )

Добавлено after 8 hours 7 minutes 9 seconds:
А так, все с запасом работать должно: