voltage buck boost converter

Er zijn ook commerciele bouwblokken die je kan gebruiken. Maar zelf maken is leerzaam.

Maar op sommige vakgebieden is het verstandig om correcte tussen-doelen te formuleren. Als dat iets "sufs" is als "maak som 457 uit het leerboek", dan is dat niet iets motiverends om een project af te maken. Dus: voor een sub-doel, zorg eerst dat je iets verzint wat haalbaar is.

In dit geval lijkt het me nuttig om niet direct een doel te stellen wat zodanig ver weg is dat het niet (in 1x) haalbaar is. Eerst leren met een step-up te werken.

Een attiny op een lithium cel laten werken, moet kunnen. Dan een step-up bouwen die een naar normale maatstaven bere trage regellus heeft, dat moet ook kunnen.

De complexiteit zitten hem niet in het schema. Maar in de software en de analoge troep die er bij komt kijken omdat eea niet verloopt zoals je als digitale nerd zou verwachten.

Gate drivers nemen 12V en gebruiken dat om de gate van een mosfet "strak" te laden en ontladen. Je kan vast een gate-driver gebruiken, maar... dan moet je even een 3.7V -> 12V DCDC converter kopen om de gate driver te voeden. Lijkt me niet in lijn met het doel "leren over dcdc converters".

Een logic level mosfet als de PSMN1R2-30 is prima aan te sturen direct vanuit de 'tiny.

Dus: voeding -> tiny, voeding -> spoel -> mosfet->gnd. en spoel->diode->condensator->uitgang.

Dan een spanningsdeler om de uitgangsspanning te kunnen meten.

Eerst dat maar eens aan de praat krijgen en ervaring opdoen.

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

mét CE

En de attiny kan 20 mA schakelen per poort

Per port of per pin? Ik gok op per pin...

Eerst dat maar eens aan de praat krijgen en ervaring opdoen.

Ohja... daarbij gaat zo her en der wat magische rook ontsnappen. Part of the game. Noem het leergeld.

FETs aansturen is een wetenschap op zicht. Met wat vuistregeltjes kom je een eind. Een mooie driver heeft vaak wat meer 'kennis' ingebouwd. Aan de ene kant wil je die FET zo 'hard' mogelijk aansturen. Aan de andere kant is dat niet altijd gewenst omdat er ringing zou kunnen ontstaan en van Fourier weten we dat steile flanken hoge frequenties bevatten - waarvoor kleine antennes genoeg zijn om ze mooi uit te zenden.

Idem met schakelfrequentie. Aan de ene kant wil je die zo hoog mogelijk hebben (kleinere spoel, kleinere rimpel), aan de andere kant zit best een groot deel van je dissipatie vaak in schakelverliezen. Minder vaak schakelen (lagere frequentie...) vermindert dat weer. Die schakelverliezen worden weer minder als je de FET harder aanstuurt zonder dat je last krijgt van ringing.

Ik denk dat het FETje was rew suggereert best een leuk begin is. Gewoon logic level (een deel van de ellende om het 'netjes' te doen zit gewoon in die FET zelf) - scheelt alvast een hoop gedoe. Daar kun je je nog wel eens in verdiepen als je meer vermogen nodig hebt :)

Hoeveel stroom kun je uit de batterij trekken? Zonder dat je grote spikes krijgt? Ik zou denken dat je voor een project als dit niet al te ambitieus moet zijn, en de stroom begrenzen op 1A of misschien 2A.
Dat heb je dus 3 of 6 Watt om mee te spelen.

Dan kun je rekenen op een uitgangsstroom van 600mA @ 5V, of 100 mA @ 30V.

En hoe ga je de mosfets sturen? De software moet beslissen wanneer de mosfet aan en uit gaat. Het makkelijkste is een vaste puls-breedte in discontinuos mode. Dwz dat de spoel telkens bij elke puls vanaf 0 begint. Dan kun je uitrekenen hoe lang de puls mag zijn voordat de spoel in verzadiging gaat, en hoe lang de pauze moet zijn om de spoel weer leeg te krijgen. Nadeel is de stroom rimpel die je zo krijgt.

Maar als je de spoel in continue mode wilt aansturen dan moet je de stroom door de spoel kunnen meten om te bepalen wanneer je afschakelt. Dan moet je je schema wel aanpassen.

En wanneer schakel je om van buck naar bost mode? Klinkt simpel, maar de batterij spanning zal wel wat fluctueren en dan wordt het lastig om een vloeiende overgang te krijgen.

En dan I2C. Dat kan wel op een Tiny84, maar dat is nogal primitief. De I2C clocks moet je in software gaan genereren en dat gaat moeilijk samen met de spannings-regeling.

Even stappie terug: Waarom een attiny ? Zo'n experiment, leren met de onderdelen werken is echt veel fijner om eerst met een "ruimer" device te beginnen. Ook hier als sub-doel eerst het prototype werkend krijgen met een atmega328 voordat je een uiteindelijk exemplaar maakt wat met een goedkopere CPU werkt is een geschikt plan van aanpak.

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

De attiny leek mij een geschikt formaat aangezien het een kleine printplaat moet zijn.

Eerst zal ik het project eens testen op een breadboard, ik denk dat dat wel verstandig is.

Ik hoef er niet perse grote dingen mee aan te sturen, het is ook meer voor kleine dingen testen.

I2c verbinding en spanningstegeling is niet mogelijk met een attiny84? En waarom niet?

Ik zal de fets gaan vervangen voor Logic fets, die zijn direct aan te sturen met een attiny. Raden jullie de PSMN1R2-30 N channel aan?

Schakelen van Buck naar boost doe ik als volgt:
0-5 V mode:
fet 1. 0-100% pulse.
Fet 2. Off

5-30 V mode:
Fet 1. Volledig gesloten
Fet 2. 0-100 % pulse

Schakelen zal ik dan met 50 kHz doen zodat ik 320 stapjes van 0,1 V kan maken : 16 mhz / 320 = 50kHz.

Op 10 mei 2020 16:17:15 schreef SvenTech:
Ik zal de fets gaan vervangen voor Logic fets, die zijn direct aan te sturen met een attiny.

Als het om een buck gaat met laag vermogen een kleine logic level MOSFET kiezen, want bij hoog vermogen moet de MOSFET zo snel mogelijk open en dicht gestuurd worden (stijle flanken) Een i/o van een microcontroller kan niet zulke hoge stroompieken leveren (bij stijg- en daaltijden van nsec), een gate driver chipje wel.

RES

Ik heb op internet even een voorbeeld gevonden van een eenvoudige fetdriver. Die zou ook op 3,7V moeten werken. De transistors erin mag je ook vervangen het gaat om het principe.

https://static-assets.imageservice.cloud/3192772/microcontroller-incapable-of-driving-mosfet-electrical-engineering.png

Maar met buck krijg je nooit meer dan de ingangs-spanning. Dus niet meer dan ongeveer 3.2 a 4.1 Volt afhankelijk van de toestand van de batterij en de belasting.. Dus omschakelen bij 5V is niet zo handig.

En I2C is nogal primitief in de Tiny84. Je moet in software de klok pulsen gaan genereren en zo een I2C display heeft nogal tamelijk veel data nodig. Dus dan is de processor al een behoorlijk lange tijd bezig om een stukje tekst in het display te zetten. En dan moet je tegelijk ook de regeling in de gaten houden. Kan wel maar is nog niet simpel.

'Kleine dingen' kun je nogal ruim opvatten. Voor sommige mensen is alles onder 100kW al klein, voor anderen is 50W al veel. Zolang je niet concreet bent kun je niks met zo een statement.

En als je in boost mode met 100% gaat pulsen dan krijg je 0 Volt aan de uitgang, (geen 30V) en dan gaat je batterij dood. Geen goed plan.

PSMN1R2-30 zou ik niet doen. Is wel een mooi ding, maar de ingangs-capaciteit van 5 nF is rijkelijk veel om direct uit een Tiny aan te sturen. Ik zou een Fet kiezen met minder ingangs-capacitiet, en iets hogere RdsOn voor lief nemen. Bijvoorbeeld IRLZ34N.

Op 10 mei 2020 16:17:15 schreef SvenTech:
De attiny leek mij een geschikt formaat aangezien het een kleine printplaat moet zijn.

Zorg eerst dat je de princiepes een keer in de praktijk geprobeed hebt voordat je "fysieke" beperkingen mee gaat nemen. Als je nu een 2.5x5cm printje maakt wat zou moeten doen wat je denkt dat je wilt dan heb je daar niets aan als er later 1 onderdeeltje bij moet komen.

Voorspellingen als: "Je gaat een keer magische rook zien" zijn ook niet voor niets. Je gaat een keer een foutje maken. Als alles nog "ruim" opgezet is dan kan je zoiets fixen voordat je de pruts-klein versie maakt.

Het hangt ook een beetje van het project af. Als je al tig keer projectjes met ledjes en schakelaartjes hebt gedaan dan kan je zo'n "in 1x" projectje met ledjes en schakelaars meteen op het gewenste formaat doen.

Voorbeeldje: Ik heb Tig projecten met STM32 processoren gedaan en de "bugs" uit m'n ontwerpen gekregen. Ik heb tig projecten met RS485 gedaan. Dus een combinatie projectje.... Gewoon drie stomme fouten gemaakt. Denk jij dat je in "1x goed" je DCDC converter kan maken? Sorry, maar ik denk van niet.

Begin eerst met "het schema" goed te krijgen met makkelijkere hardware en plan om later een "verkleinings" stap te doen om het compacter te krijgen.

De "fet driver" van benleentje heeft wel wat nadelen: De uitgangsspanning van de driver is 0.6V beperkter dan die van de MCU. Dus in het onderhavige geval dat de lithium cel 3V kan zijn, moet je rekenen met 0.6V (wanneer de mosfet ECHT uit moet zijn) tot 2.4V (wanneer je de mosfet echt aan wilt hebben). Gewoon geen fet-driver is dan m.i. beter. Bij "ongeveer 0V" is de fet redelijk uit en bij 3V is het al veel makkelijker om een fet te vinden die redelijk aan is.

Je kan een "eigengemaakte CMOS inverter poort" maken/gebruiken. Dat sluit zichzelf even kort in de overgangen. Dat kan je minder erg maken door een weerstandje in serie te zetten. Dan krijg je een redelijke driver.

Maar dan ben je dus met je AVR TWEE gates aan het aansturen omdat je niet 1 gate wilde aansturen. Zucht.

De getekende oplossing is iets "soft" gemaakt door 47 Ohm weerstanden in serie met de output te zetten. Tja. En dan hoop je dat het beter is dan met je AVR? Die heeft een uitgangsweerstand van 30 Ohm bij 5V en dat verslechterd naar iets van 50 Ohm bij 3V voeding. Als je meer wil, zet je er geen gate weerstand tussen. Dat kan altijd.

5nF met de "gate drive" van de AVRs vormt een RC in de orde van 0.25 us. Dat lijkt me geen "gekke" waarde. Veel sneller of langzamer wil je het niet hebben. Maar misschien heeft deKees gelijk. Dat soort dingen kan je alleen maar met een experiment uitvinden.

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

Om het driver probleem op te lossen, kun je een hulpboostconvertertje maken, die bijvoorbeeld 12V levert. Deze kun je uitvoeren met een transistortje, zodat je die ook direct aan kunt sturen.
Je hoofdconverter, daarvoor kun je een SEPIC converter kiezen. Dat is een buck/boost converter, en die is vanaf 0V te regelen. De fet kun je dan via een geschikte driver die op de 12V staat aansturen.

Maar volgens mij heb je nog niets over het vermogen losgelaten. En de minimale en maximale ingangsspanning. En dat zijn wel belangrijke specificaties voor een geschikt ontwerp. Dus wees daar eerst eens wat duidelijker over.

Piet

bedankt mannen,

Voordat ik ontwerpen ga laten printen ga ik maar eerst wat testen op een breadboard(zonder potmeters en i2c scherm)

Ik gebruik dan de volgende componenten:

arduino nano
2 x IRLZ34N
2x 1n4007
100 uh spoel
35V 220 uF capacitor

met de waardes kan ik dan wat gaan spelen

De PSMN1R2-30 waren ook aardig prijzig, ik ga even wat datasheets langs om een andere vergelijkbare fet te zoeken.

Op een breadboard test ik dan alles met een arduino nano als aansturing.

Daarna kijken of het werkt of dat er nog aanpassingen moeten worden gedaan. Dan compacter maken.

Allemaal bedankt opmerkingen zijn welkom ik houd jullie op de hoogte als ik verder ben. Leuk projectje voor in de avonduurtjes

Groeten Sven

Die diodes zijn niet bruikbaar. Veel te traag.
Beter 1F4007, of nog beter schottky diodes bijv 1N5822.

En nog met het eerste schema? Dan moet je toch een P-channel Fet gaan zoeken voor Q1.>

[Bericht gewijzigd door deKees op 12 mei 2020 20:13:20 (30%)]

Die ga ik vervangen. mij leek de sr540 geschikt. Wat vinden jullie? Is het niet mogelijk om 2 n-channel fets te gebruiken?

[Bericht gewijzigd door SvenTech op 12 mei 2020 20:19:34 (29%)]

Ja, je kunt voor Q1 wel een N-channel gebruiken... Het is alleen een beetje lastig om de gate spanning 5 volt hoger dan de Source-spanning te maken als je de Fet open wilt sturen.

SR540 is aan de zware kant. 5A, 40V, tamelijk dik, maar verder wel geschikt.

[Bericht gewijzigd door deKees op 12 mei 2020 20:28:57 (18%)]

Een fet die aan de bovenkant van de belasting/ spoel zit kan je nooit direct van een microcontroller schakelen. De source van deze fet zit bij ingeschakelde belasting op voedingsspanning niveau en daarbij komt dan nog de Ugs spanning. Dus 3,7V + 3V = 6,7V en dat is ver boven de 3,5V die de microcontroller op de uitgang heeft. Je moet dan iets van bootstrapping gaan toepassen om deze hoge kant van de fet te gaan schakelen.

https://nl.qwe.wiki/wiki/Bootstrapping_(electronics)

[Bericht gewijzigd door benleentje op 12 mei 2020 23:04:45 (18%)]

Dat zou wel kunnen met een P-channel MOSFET, mits die met ongeveer -3V goed open is.

@TS: wat voor spoel gebruik je precies? Is die geschikt als storage coil?

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

ik gebruik om te testen een 100 uh spoel. Met 2 pinnetjes druk ik die dan in het breadboard.

VOor q1 dus een p-channel mosfet gebruiken. Weet iemand een geschikte?

groeten Sven

Weet iemand een geschikte?

Je bent in mijn ogen te vroeg met het selecteren van componenten. Je ontwerp eisen staan nog open. Ik heb wel al een spanning van 30V voorbij zien komen maar bij welke stroom? Ik snap dat je dat misschien nu ook niet weet omdat je nog allemaal wilde plannen hebt. Maar toch moet je voor nu even een voorlopige keuze maken en dan kan je later eventueel opschalen.

Het is wat REW zegt en ook wat Murphy zegt elke denkbare fout is mogelijk en door voldoende ervaring en kennis worden de fouten wel veel minder maar ook nooit nul. Omdat bij grote vermogens er veel gevolg schade kan zijn bij zelfs zeer kleine fouten moet je het vermogen beperkt houden en dus klein beginnen.

In het begin mag je ook best gebruik maken van bv een 12V hulpvoeding of van DCDC converter die 12V maakt. Dat je een regelbare voeding wilt maken met behulp van een microcontroller wilt niet zeggen dat die ook perse alles moet regelen. Een snelle microcontroller kan ook wel de vaste 12V regeling erbij hebben.

ik gebruik om te testen een 100 uh spoel. Met 2 pinnetjes

Kan ook een draadgewonden weerstand zijn ;).

Niet iedere spoel van 100µH is geschikt, voor een buck converter zul een speciale spoel moeten hebben welke geschikt is voor energie opslag.
Wanneer er gelijkstroom door de spoel loopt en dat loopt er ook bij een buck cobverter zal de spoel ook nog een lucgtspleet moeten hebben en die zul je moeten berekenen.
Ook de dikte van het wikkeldraad, welke kern materiaal enz.
Begin eerst eens met een fatsoenlijk ontwerp, selecteer dan je onderdelen.

"tijd is relatief"

verkeerde knopje..

[Bericht gewijzigd door Martin V op 13 mei 2020 19:31:54 (96%)]

"tijd is relatief"

Het is niet gebruikelijk om een (P-kanaal) vermogens-MOSFET direct aan een i/o van een microcontroller te hangen, maar een aantal Watt kan misschien werken door bijvoorbeeld een SPD04P10PLGBTMA1 als P kanaal te nemen. (gegevens: SOT223, Ptot 38W, Uds 100V, Id 4.2A (pulsed 16.8A), ~800mOhm, Ciss typ. 280pF)
Maar het beste is een fabrieks gate-driver chipje te gebruiken (of zelf een snelle buffer/driver ontwikkelen), bloedsnel schakelen (nsec's), vele Amp's, high en/of low side (ingebouwde level-shifter), zodat de gate(s) van je MOSFET(s) zo snel mogelijk geopent/gesloten word(t)en, dan heb je meteen veel keuze en kan je N kanaal MOSFET's gebruiken (N-ch's betere eigenschappen dan P-ch's)

RES

~800mOhm

Als je dat 1A door de fet stuurt heb je al 0,8V verlies wat erg veel is voor een 3,7V spanningbron uit een batterij. Vandaar dat er all meerdere keren gevraagd word om met een ontwerpstroom te komen.

Laten we zeggen dat ik 10 Watt er uit wil hebben. Nu dus even aangestuurd door een arduino.
Het is toch gewoon mogelijk om de fets direct aan te sturen vanuit de microcontroller? (Logic fets?)

Ik wil er gewoon kleine dingen mee kunnen testen, compact, enz.

Kan iemand mij helpen met zon soort ontwerp? En keuze van componenten

Groeten, Sven

Het is toch gewoon mogelijk om de fets direct aan te sturen vanuit de microcontroller? (Logic fets?)

Ja dat is ook mogelijk is al meerdere keren aangegeven. Echter het heeft zo zijn beperkingen. Beperkingen in keuze uit fets en in snelheid waarmee je de fet kan schakelen. En dat langzamer schakelen uit zich dan weer in schakelverliezen dat zal bij jouw misschien niet zo een grote rol spelen.
De keuze uit goede fets heb ik in mijn vorige post uitgelegd. 800mΩ is voor 3,7V spanning heel veel. Je wilt 10W omzetten even aannemen zonder verliezen dat is dat 3A uit je accu. Over de P-fet van 0,8Ω staat dan bij 3A een spanning van 2,4V. Gaat met deze fet dus niet lukken.

Op de site van farnel kan je uitgebreid zoeken naar geschikte onderdelen. Je kan daar heel veel zoekfilters selecteren.

Hieronder een mooie P-fet 100A 2,6mΩ Niet voor op breedbord. Maar in TO220 ga je denk ik niet zo heel veel goede vinden.

https://nl.farnell.com/vishay/sqd40031el-ge3/mosfet-p-ch-30v...dp/2932966

Op 13 mei 2020 19:28:04 schreef Martin V:
bij een buck converter zal de spoel ook nog een luchtspleet moeten hebben en die zul je moeten berekenen.

Dat is niet helemaal waar; je hebt een spoel nodig die niet verzadigd bij de DC stroom die er loopt, en een luchtspleet is één van de mogelijke manieren om dat te bereiken. Er zijn ook ringkernen met een zogenaamde gedistribueerde luchtspleet, en er zijn open spoelen, die effectief een luchtspleet van vele millimeters hebben, buitenom de kern.

Ik gebruik een zelfgebouwde opstelling om het verzadigingsgedrag te meten, (tot honderden Amperes), maar met alleen een LCR meter kun je ook een redelijk idee krijgen; in de regel kun je er vanuit gaan dat een hogere mu-L (inductie per winding^2), betekend dat een spoel van een gegeven formaat eerder verzadigd.

Eerst het hele ding ontwerpen en dan pas onderdelen gaan zoeken vind ik voor de TS nog niet helemaal de beste methode; met een klein beetje kennis en een bak vol oude onderdelen (in computervoedingen e.d. zitten geschikte spoelen/kernen) kom je een heel eind; het doel is voorlopig niet om een perfecte voeding te bouwen, het doel is om te leren hoe zoiets werkt.

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