MOSFET driver voor synchrone non inverting buck boost met microcontroller

Dag allen,

ik zit een beetje vast en hoop dat jullie me wat advies kunnen geven.

Wat heb ik nodig?
Een stukje elektronica, laten we zeggen: circuit X, die spanning kan converteren (zowel omhoog als omlaag, bucken en boosten), aangestuurd door een PIC microcontroller.

Een gewone buckboost-converter, discreet gebouwd, waarbij de schakelaar (MOSFET) aangestuurd wordt door de PWM van de PIC microcontroller, is een oplossing.

Maar... deze oplossing brengt een negatieve spanning op de uitgang.

Ik wens graag een non-inverting topologie. Een goede oplossing is een buck-converter gecascadeerd met een boost-converter. Zie bijv. figure 3 van deze info van TI: http://www.ti.com/lit/an/slyt584/slyt584.pdf

Nu moet ik 2 PWM signalen genereren met mijn microcontroller. Stel nu dat ik daarbovenop de diodes zou willen vervangen door MOSFETS voor extra efficiëntie, dan worden dit al 4 PWM signalen. Deze moeten allemaal mooi op elkaar afgestemd zijn.

Dit lijkt me erg complex, en ik vraag me af: bestaat er geen IC die dit voor mij kan genereren?

Dus, zodat ik slechts één PWM signaal moet genereren die een maat is voor de spanning die ik wens; dit signaal stuur ik naar dat IC, en dat IC stuurt voor mij de 4 MOSFETS correct aan.
Bestaat zoiets?

Dank
Eric

Arco

Special Member

Je verhaal is nogal wazig.

- Waarom zou de spanning negatief worden bij PWM aansturing?
- Welke diodes wil je door mosfets vervangen?

Een schemaatje van de zaak zou wel wat verduidelijking brengen... (alleen 'circuit x' kunnen we weinig mee)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Ik heb het over deze opstelling.

Optioneel worden D1 en D2 ook MOSFETs, die dan met geinverteerde PWM (+ een beetje dode tijd) van resp. Q1 en Q2 worden aangestuurd. Hiervoor bestaan op zich wel IC's vermoed ik, maar dan heb ik nog altijd 2 aan te sturen PWM signalen:

namelijk: 1 PWM die het buck-gedeelte aanstuurt,
en 1 PWM die het boost-gedeelte aanstuurt.

Ik moet er ook het volgende bijvertellen:

Ofwel werk je in buckmode: PWM van de boost is dan 0%, indien je de spanning wil verlagen.
Ofwel werk je in bootsmode: PWM van de buck is dan 100%, indien je de spanning wil verhogen.

Maar als je de uitgangsspanning net zo wil hebben dat die ongeveer gelijk wordt aan de ingangsspanning, dan kan moet je zowel bucken als boosten: de buckboost-mode.

In deze mode wordt de timing van de mosfets complex. Ik vraag me af: bestaat hier geen IC voor die dit op zich neemt?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 17 november 2015 00:24:12 (40%)

Ik denk dat je het voor jezelf wat te moeilijk maakt.
Eigenlijk is het heel simpel in het schema hierboven stuur je Q1 aan voor een lagere spanning op de uitgang en stuur je Q2 aan voor een hogere spanning.
Hier stuur je dus maar één transistor aan; Q1 of Q2.

Telefunken Sender Systeme Berlin

Oké, ik denk niet dat wat ik oorspronkelijk zocht bestaat. Dus: ik zal 2 PWM's moeten genereren. De ene regelt het buck-gedeelte, het ander het boost gedeelte.

Nu zou ik graag de diode's in het gegeven schema door MOSFET's willen vervangen. Dit voor een grotere efficiëntie. Ik weet dat er voor buck-convertoren speciale 'synchronous mosfet drivers' bestaan... Die zorgen ervoor dat je de MOSFET die de diode vervangt zelf niet hoeft aan te sturen. Ze werken zoals bijvoorbeeld in de bijgevoegde afbeelding:

Dankzij deze IC hoef je maar 1 PWM signaal te genereren voor de buck converter. Het IC zal een geïnverteerd PWM signaal opwekken + dode tijd toevoegen voor de 2e MOSFET die de diode vervangt.
Toch?

Kan ik dezelfde IC toepassen in een synchrone boost converter?

Neem (bijvoorbeeld) een LTC1871 in SEPIC mode, klus een variabele terugkoppeling in elkaar die je met een (PWM)DAC van je micro aanstuurt.
Job done.

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

Over zo'n variabele terugkoppeling... bedoel je dat ik de FB-pin kan aansturen met de PWM van mijn microcontroller?

Is deze PWM niet 'te graag'?

Wat ik eigenlijk zoek ik een IC zoals LTC4449 (figuurtje in vorige post), maar dan met 4 FET-uitgangen...

In datasheets van LTC4449 en gelijkaardige IC's, lees ik overigens altijd dat ze bedoeld zijn voor een synchronous buck converter... ik lees nooit iets over zo'n IC in een boost converter, waarom niet?
Kan dit niet gebruikt worden voor een boost converter?
Heeft het iets te maken met de gate-spanning die we dan moeilijk zo hoog kunnen sturen...? Ik vind het niet.

Want 'ALS' ik zo'n LTC4449 in een boost-topologie kan gebruiken, dan is mijn probleem opgelost. Dan plaatst is er één in het buck-deel, en één in het boost-deel van mijn synchrone buckboost converter :-).

Alvast dank,
Eric

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 17 november 2015 00:24:37 (15%)

Had even de eis/wens voor "synchroon" over het hoofd gezien. Dat is die LTC1871 dus niet.

Wat zijn je eisen voor in- en uitgangsspanning en uitgangsstroom?

Vertel welk probleem je wilt oplossen, niet met welke oplossing je een probleem hebt.

De fets die de diodes vervangen hebben helemaal geen pwm nodig. Die zijn gewoon simpel aan of uit.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

Neen.

De fets die de diodes vervangen moeten gewoon aangestuurd worden, en "het complement" van het stuursignaal van de bijbehorende normale FET is een redelijke optie.

Even de "buck" fet Q1. Aan: spoel laad, stroom gaat naar output condensator. UIT: spanning zakt naar normaliter -0.6V, dan de fet-die-D1-vervangt aanzetten en de spanning wordt maar -0.<heelweinig>.

Maar. Stel dat je weinig stroom hoeft te leveren. Dan is de gemiddelde stroom door je spoel nul, stel je output is de helft van de input spanning. Dan moet je dus 50% PWMen om de driehoek-stroom door de spoel gemiddeld op ongeveer nul te laten uitkomen. Met een ouderwetse diode zou je een heel kleine duty cycle nodig hebben en zakt na een vergelijkbare tijd de stroom door de spoel naar nul, en hoeft de diode niet meer te geleiden.

Met de "synchronous" opstelling heb je dus continue een stroom lopen met de bijbehorende verliezen, terwijl dat naar nul gaat met de ouderwetse diode....

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Precies: is het dus (in de meeste gevallen) zeker interessant om de synchrone gelijkrichting uit te kunnen schakelen om dat te voorkomen.

@TS: kun je zelf bedenken of je zo'n IC voor een boost converter kunt gebruiken? Als je snapt hoe een boost converter werkt, is dat min of meer een triviale vraag.

Wellicht is er een goede reden dat je weinig tot niets leest over synchrone gelijkrichting bij boost converters; de spanningsval over een (Schottky) diode is min of meer constant, ongeacht het formaat en de stroom erdoor (binnen grenzen natuurlijk). Aangezien een boost converter omhoog gaat in spanning, is die spanningsval relatief gezien al snel klein. Bij een buck converter die bijvoorbeeld 3.3V moet maken, of zelfs maar 0.8V voor een CPU of GPU of zo, en daarbij ook nog eens een waanzinnige stroom moet leveren (>100A), is de verlies door die spanningsval opeens meer dan helft van het totale vermogen!

Een puntje om over na te denken is het feit dat je met zo'n conventionele bootstrap constructie beperkt bent in de pulsbreedte, waardoor je dus geen perfecte overgang van buck naar boost mode kan maken.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op maandag 16 november 2015 21:31:04 (10%)

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

De overgang zit tusen "buck" en "boost". Daarbij gaat de... <PING lampje gaat branden> Ah! De BUCK moet naar 100% PWM gaan.

Dus je krijgt dan zowiezo een probleem om de boost te laten werken, je zou het buck deel op "100%" moeten zetten, maar dat kan niet.

Wacht! Geeft het als ie NIET op 100% maar op z'n max, zeg 96% staat? Ik denk het niet.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/