voltage buck boost converter


Welk type spoel lijkt jullie geschikt voor dit project?

Het moet een opslagspoel (energy storage inductor) zijn, en geen ontstoorspoel. Opslagspoelen zijn er niet veel te koop, de meeste spoelen zijn ontstoorspoelen, en die zijn niet geschikt. Maar zelf maken zou ook kunnen. Hierbij een voorbeeld die bij TME te koop is.

Piet

Dat is wel een mooie spoel om mee te beginnen inderdaad.
De term 'Smoorspoel' is wel wat misleidend, maar de bijbehorende datasheet is duidelijk genoeg. En deze kan piekstromem hebben van 5A, en dat heb je echt nodig om 10 Watt uit een enkele battery te trekken.

Maar volgens mij is 100uH veel te veel voor deze applikatie, dus kun je beter een paar verschillende waarden bestellen en alles eens doormeten. Bijv 20uH, 47uH, 100uH.

Voor zo'n lage spanning heb je niet veel inductie nodig, maar de TS wil wel op een relatief lage frequentie schakelen. Naarmate de stroom groter wordt, kun je meestal ook een grotere rimpelstroom accepteren (dus 20-40% van een grotere stroom), en daarmee heb je een kleinere inductie nodig.

Ik had op de eerste pagina al een berekening voorgedaan; als je naar 5A wilt vanuit 3.7V, zou je een spoel van 15-30uH nodig hebben, voor 1-2A rimpelstroom (20-40%). Houd er dan wel rekening mee dat die spoel 5A + de halve rimpelstroom moet verdragen zonder ernstig te verzadigen.

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

Goedenavond,

Ik heb de spullen binnengehad een week terug, alle componenten op een breadboard gedaan. Ik stuur alles dus aan met een arduino uno om te testen.

Kunnen de fets direct worden aangestuurd door de arduino?
p channel SQD40031EL_GE3
n channel irlz34N.

Ik heb als bijlage het schema waarmee ik nu ga testen. De weerstanden r12, r13, r14 worden nu niet gebruikt.

Voor spoel gebruik ik een kleine 20uH spoel met fijne wikkelingen.

Met vriendelijke groeten,

Sven

Die SQD400031 is inderdaad een P-Channel. Zou wel kunnen werken. Maar in het schema heb je nog altijd een N-Channel getekend voor Q1.

Die dioden zijn niet geschikt. Veel te traag. Daar moet je schottkey diodes of andere high-speed diodes gebruiken. En voor 10Watt is 1A ook veel te weinig.

Transistors T1 en T2 zou ik weglaten. Gates direct sturen uit de micro gaat beter dan met een pullup van 10K.

R10 en R11 kan je veel lager maken. Als je het niet erg vind dat er wat vermogen verloren gaat kan je ze zelf 330Ω dan loopt daar ca 12mA en gaat de fet wel snel uit.

10k is wel erg groot, daarmee gaan die MOSFETs niet snel genoeg sperren.

Ik zie geen condensator bij de ingang, die is wel nodig.

Wat is nu het exacte type spoel dat je gebruikt?

Een breadboard is eigenlijk echt niet geschikt voor switchmode voedingen.

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

Niet dat ik verstand heb van geschakelde voeding maar maakt het voor het experiment nu heel veel uit wat voor spoel erin zit? Het kan hooguit niet of slecht werken en met ca 10W zie ik geen gevaarlijk toestanden.

En je heb gelijk in een breadboard is een slecht plan niet vanwege de frequentie want dat lukt nog wel op een breadboard maar 4A door die dunne contacten lijkt me wat veel. 4A door een 1A diode lijkt me ook heel spannend :).

Die 10k weerstanden kunnen zo klein als dat je transistor aankan. Dat is in dit geval 600mA. Echter dat is wel heel erg veel vandaar dat ik 330Ω voorstel dan heb je een mooi compromis tussen het verloren vermogen en de snelheid van je fet. Als je uit de meetresultaten merkt dat de fet sneller moet schakelen kan dat altijd nog verder aanpassen.
Als je schakeling werk en je gaat testen dan kom je er toch pas achter welke componenten beter kunnen dus voor een test schakeling zijn die verliezen daar niet zo belangrijk.

Absoluut! De spoel is veruit het meeste kritische component bij een schakelende voedingen, en als de TS een choke in plaats van een storage coil heeft, gaan het echt niet werken.

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

Op 7 juni 2020 20:43:17 schreef SparkyGSX:
10k is wel erg groot, daarmee gaan die MOSFETs niet snel genoeg sperren.

Bij 1 FET is het "open" en bij de andere is het "dicht" wat langzaam gaat.

1k is ook wat veel als "current shunt". Bij 10W bij 10V gaat het over 1A, dus 1000V over de shunt. Dan is er dus 1kW aan verliezen voor 10W output.... :-)

[Bericht gewijzigd door rew op 8 juni 2020 05:58:07 (25%)]

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

Oke, de 1n4007 zijn dus niet goed, ga ik vervangen.
De spoel die ik gebruik:

https://nl.farnell.com/kemet/sn16p-130/ac-line-filter-10uh-1...e%20filter

dus gewoon een pwm uitgang van de arduino direct naar de fets? Geen weerstand ertussen?

Ik heb je aangegeven, dat je een opslagspoel moet gebruiken, en geen ontstoorspoel. Nu heb je toch een ontstoorspoel gekozen. Deze is ontwikkeld om storingen te onderdrukken, en dus maximaal verlies te veroorzaken voor HF signalen. In de datasheet van de spoel die je nu gekozen hebt, staat zelfs als voordeel aangegeven dat de kernverliezen groot zijn.
Het is goed om vragen te stellen, maar als je er niet echt iets mee doet, en vervolgens weer dezelfde vragen gaat stellen, dan haak ik af.

Piet

dus gewoon een pwm uitgang van de arduino direct naar de fets? Geen weerstand ertussen?

Je leest en luister slecht.

  1. Gewoon de 10K weerstanden verlagen naar 330Ω
  2. De diode vervangen voor snellere die minimaal 5A aankunnen.
  3. De 1k stroom shunt vervangen voor 0,1Ω en bij grotere stromen nog lager.
  4. De spoel vervangen voor een spoel die geschikt is voor jouw toepassing.
  5. R12 en R13 vervangen voor 10K. Als je uitgang 30V is loopt daar 15mA en bij 2 x 10K maar 1,5mA. Als je op dit knooppunt een 100nF condensator zet mogen de weerstanden nog groter maar daar moet je zelf even mee experimenteren.

Op 7 juni 2020 21:54:16 schreef SparkyGSX:
Absoluut! De spoel is veruit het meeste kritische component bij een schakelende voedingen, en als de TS een choke in plaats van een storage coil heeft, gaan het echt niet werken.

@benleentje: Dat dus...

Die IRLZ34N gaat niet eens goed open bij 3.7V, dus je kunt ook echt geen emittervolger paartje gebruiken, daarmee zou je nog eens 0.7V verliezen. Je zou een hulpvoeding kunnen maken met een klein transformatortje tussen een paar I/O pinnen van je microcontroller, of met een 555je, of een charge pump, om een hogere hulpspanning te maken.

Het feit dat je nu al met 1 enkele LiPo cel wilt beginnen, maakt het hele ding factoren moeilijker, terwijl je duidelijk nog echt geen idee hebt waar je mee bezig bent. Als je nu met 2 cellen in serie begint, is het al een stuk eenvoudiger. Je kunt dan gate drivers maken van 3 transistors; de eerste als buffer na de microcontroller, zodat je een pull-up naar een spanning hoger dan 5V kunt zetten, en dan een NPN-PNP paartje als emittervolgers om de gate vlot te laden en ontladen.

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

Nu weet ik nog steeds wat je gewenste uitgangspanning is (3,7V?).
De frequentie van de schakelpuls bij een Arduino is dat dacht ik 500Hz PWM.
De ingangspanning (5V?)
De gewenste stroom op de uitgang van je inverter.
Voor een spoel (voor 500Hz) kom je uit op zoiets:
https://nl.farnell.com/epcos/b65684a0000r027/ferrite-core-pm...dp/2355042

Op basis van de bovenstaande gegevens kan ik een spoel voor je ontwerpen.

"tijd is relatief"

TS had aangegeven 30V en 10W voor de uitgang.

500Hz is natuurlijk belachelijk, en daar zit je met een Arduino helemaal niet aan vast, er zijn libraries die de hardware timers anders kunnen instellen, en anders kun je dat altijd zelf doen, het is super simpel en het zijn maar een paar registers.

De TS heeft allang gezegd dat hij op 50kHz wil schakelen, en wil werken met een enkele LiPo cel, dus 3.7V aan de ingang.

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

Bij een duty-cycle van 12%, duur van de puls 2,41µS en een rimpelstroom van 40% kom ik uit een spoel van 53,56µH.
De stroom op de uitgang bedraagt 0,33 Amperé bij een spanning van 30 Volt.
De piekstroom door de Fet bedraagt 3,35 Amperé.
De meest ideale spoel is een E20/10/6:
https://www.acalbfi.com/nl/Magnetic-components/Cores/Ferrite...00000000GW
Met daarop 24 windingen met een draaddikte van 1mm.

"tijd is relatief"

Spoelen heb ik nog wel liggen thuis, dat is geen probleem verder. Met de spoelen kan ik toch gewoon even experimenteren.

De ene zegt dat ik de fets direct moet sturen de andere zegt dat ik de 10 k van de 2n2222 moet wijzigen. diodes worden gewijzigd

Voor de test werkt alles op 5V (arduino ook)

Sorry, ik sta helemaal aan het begin van een project en heb hier geen ervaring mee (buck-boost converters).

[Bericht gewijzigd door SvenTech op 8 juni 2020 18:44:18 (10%)]

De ene zegt dat ik de fets direct moet sturen de andere zegt dat ik de 10 k van de 2n2222 moet wijzigen

Het kan allebei. Je moet ook niet de informatie van ons klakkeloos aannemen maar er over nadenken waarom we dat zeggen. Je hebt ervoor gekozen om een geschakelde voeding te bouwen en daar kot gewoon een grote berg theorie bij kijken die ik ook niet eens weet. Anderen in dit topic wel. Maar ik weet er wel genoeg van om jouw de goede kant op te sturen.

Je kan de fets direct aansturen vanuit de controller een weerstand tussen 10 en 40 ohm is dan noodzakelijk.
Je kan ook transistoren maar dat kan niet met 10kΩ

Je moet de gate van een fet als een condensator zien en dat is ook echt zo kan je terug vinden in de datasheet hoeveel. Als je een fet wilt opensturen moet de condensator die de gate vorm opgeladen worden hoe meer stroom je daarvoor beschikbaar hebt hoe sneller de fet schakelt.
Als de gate ongeladen is en je zet er 5V op dan gaat er even een grote stroom lopen en dan kan in principe meer dan 1A piek zijn. Echter kan je microcontroller maar een beperkte stroom leveren bij sommige is dat 40mA en bij andere maar 10mA, hoeveel dat is moet je ook altijd zelf opzoeken als je met een andere controller gaat werken. Daarom moet er dus een weerstand tussen om de stroom te beperken. Die weerstand bepaal je dan aan de hand van de opgegeven stroom in de datasheet en de spanning waarop je controller werkt. Ga echter nooit op het max stroom van de controller zit maar neem een zeer veilige marge.

In de schakeling met een transistor kan de N-fet heel erg snel ontladen worden en je 600mA max van de transistor lijkt me daar voldoende de piekstroom uit de gate kan iets groter dan dat zijn maar dat is zo kort dat overleeft de transistor wel.

Mag jij nu aan de hand van dit verhalen gaan bedenken
wat de 10kΩ doet om de gate op te laden?
wat zou daarbij de max piekstroom zijn?

Spoelen heb ik nog wel liggen thuis, dat is geen probleem verder. Met de spoelen kan ik toch gewoon even experimenteren.

Ja dat is zeker de bedoeling lekker experimenteren maar een stukje theorie erachter help natuurlijk wel. Je kan bv eerst een test schakeling bouwen waarmee je kan kijken welke spoel er geschikt is voor opslag.

@sparkygsx vorige week had ik even een simpele stroom transformator nodig en even een handvol spoelen getest. Ik heb een AC stroombron die ik kan variëren in stroom en frequentie tussen 40 en 79Hz. Ik heb het apparaat ingesteld op 50HZ en 1A. bij veel spoel kreeg ik geen signaal op de uitgang. Ik had op de spoel met een weerstand van 100Ω afgesloten en meet daar de spanning over. Het kan zijn dat mijn methode verkeerd is of waren die spoelen gewoon niet geschikt.

Ik zeg dit ook voor TS is misschien een eenvoudige manier op ongeschikte spoelen te sorteren?

[Bericht gewijzigd door benleentje op 8 juni 2020 19:11:46 (25%)]

Bedankt voor uw bericht,

Waar kan ik in de datasheet aflezen Hoeveel stroom de gate vraagt?
En dan de piekstroom?

Dus de irlz34n werk net zoals een condensator, en aan het begin vraagt hij veel stroom. Dit kan de arduino dus niet aan want deze kan maar 20ma geven. Vandaar dus een voorschakelweerstand. Die 10k zou weinig stroom doorlaten. Dit is mischien te weinig om de fet aan te sturen?

In iedergeval alvast bedankt en
Met vriendelijke groet,

Sven

Bij total gate charge

De gate vraag geen stroom het is de condensator die je moet opladen, dat kan met 1µA doen of met 10A en alles er tussen in. Als de condensator eenmaal is geladen dan gaat er verder geen stroom meer in de gate behalve een klein lekstroompje en die staat in de datasheet als 100nA dus 0,1µA.

De formule voor de gatecharge is
I = dQ/dt

I is de stroom
dQ is delta Q en dat betekend het verschil in Q. De gatecharge is 25nC en dQ is dan ook 25nC voor deze fet.
dt is delta t en is verschil in tijd. dat is de tijd die condensator in de gate nodig heeft om vanaf 0nC naar 25nC te gaan.

Als ik met een stroom I van 1µA die capaciteit wil opladen

I = Q/t = 25nC/t >> t = 25nC/1µA = 25mS

Als ik nu met 1mA de gate gaat aansturen

t = 25nC/1mA = 25µS

Helaas neemt naarmate de spanning op de gate stijgt de stroom af dus de tijden zijn in werkelijkheid met een simpele weerstand als aansturing een stuk lager.

https://www.rohm.com/electronics-basics/transistors/total-gate-charge
https://nl.wikipedia.org/wiki/Condensator

Weer wat geleerd over de fet, bedankt.

Zal binnenkort eens alle componenten testen en de arduino er op aansluiten.
Als ik het goed begrijp is de p channel nulgestuurd dus moet ik deze ook inverten in mijn arduino programma?

In ieder geval weer een stap verder.

Groeten,

Sven

Die IRLZ34N heeft zo'n 4V nodig om goed in geleiding te gaan. Als de spanning hoog genoeg is, gaat hij met 10k uiteindelijk ook wel aan, maar veel te langzaam om bruikbaar te zijn op 50kHz.

Met 880pF ingangscapaciteit en een 10k wordt de RC tijd 9us, terwijl een volledige PWM cyclus 20us is. Deze berekening is fout (hij negeert het Miller plateau, en houdt dus geen rekening met de drain spanning), maar het is een simpele orde-van-grootte benadering; meestal is de werkelijkheid nog wat erger, zeker naarmate de drain spanning stijgt.

@benleentje: stroomtransformators zijn rare dingen, waar ik weinig ervaring mee heb. Ik durf zonder verder onderzoek geen harde uitspraken te doen, maar ik denk dat je een kern met een hele hoge Al nodig hebt.

Je kunt een kern van een common-mode choke proberen, die doen vaak zo'n 50uH per winding^2. Ik denk dat de meeste ringkerntjes een veel te lage Al hebben, en dus een veel te kleine magnetische flux hebben met maar 1 winding die 1A voert.

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

Echt. Versimpel de boel. Begin eenvoudig, merk wat er niet werkt, zoek uit waarom en ga dan pas ingewikkeldere dingen bouwen.

Dit heb ik eerder gezegd.

Als je begint met zeg 12V (3S) dan kan je 3.3V, 5V en 9V maken uit de accuspanning als je "alleen stepdown" doet. En je kan met een 7805 gewoon 5V maken voor de arduino, zodat je tenminste 5V hebt om mosfets mee aan te sturen. Bovendien als je er achter komt dat je de mosfets niet met weerstanden kan aansturen dan heb je een 12V voeding om de fet-driver mee te sturen.

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