Spoel berekenen

Heb je dat step up/down schema uit de datasheet gebruikt? Dat zou ik niet doen, want je hoeft nooit omlaag.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
fred101

Golden Member

Ja. Er staat geen alleen-step-up in de datasheet. Ik heb te weinig ervaring met zelf ontwerpen van smps om dit aan te passen voor dit IC. Ik denk die diode parallel aan de spoel weglaten en de drain via de spoel aan de 12V hangen. Er zit ook een compensatie regeling in die blijkbaar getuned moet worden.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Ik was gisteren al begonnen met schrijven: "Ik zou een modern chipje kiezen".... Ik heb daarvan afgezien omdat je schreef: "ik gebruik stuff dat ik al op voorraad heb". Tja, dat wordt dan moeilijk.

Voor eenmalig eigen gebruik zou ik gewoon een kant en klare module laten komen. Als je ervaring wilt opdoen met dit vakgebied... Tja. Verzin iets anders om mee te beginnen... Een stepdown is al iets makkelijker.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
fred101

Golden Member

Na 8 jaar alleen maar repareren heb ik nu eindelijk weer tijd genomen om zelf dingen te bouwen. De meeste ICs zijn over van reparaties, ik koop er meestal 2 of 3 voor het geval de nieuwe gelijk weer poef doet. Ik heb heel wat smps's gerepareerd, van adapter formaat tot heel heftig. Maar repareren is iets heel anders dan ontwerpen, je weet 1 ding zeker, het moet kunnen werken want het heeft jaren lang goed gewerkt.

Dit IC in deze schakeling moet goed zijn voor 5A. Dat lukte de engineers destijds ook, dus moet het nu ook kunnen. ;) Het maakt me niet uit of het moeilijk of makkelijk is en niet gelijk lukt. Ik vind het veel te leuk om dmv meten en redeneren de oplossing te vinden. Dat houdt me bezig en ik leer er van. Anders kocht ik wel een kant en klare spoel.

En de meeste hier vinden het ook helemaal niet erg om diep in de theorie te duiken, nu mag het van de TS :+

Uitgaande van 100 uH als berekend, 12V tot 14,5Vin, 72 kHz en 19Vuit bij max 2,4A (dat is de originele 230V lader)

Hoe ontwerpen/selecteren jullie een spoel hiervoor. Ik denk aan Q (ESR), draaddikte, Al, eigenschappen en afmetingen van het kern materiaal ?

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Dit IC meet de stroom door de transistor, en dus de stroom in de spoel tijdens het laden. Omdat dit een step up/down converter is, is de spoelstroom veel groter voor een gegeven uitgangsstroom, vergeleken met een normale boost converter. Alsnog gaat er erg veel energie verloren, en ik verwacht dat dit in de MOSFET gebeurd, aangezien die aansturing daarvan nogal slap is, met die 680R in serie met de gate.

Voor een zuivere step-up converter moet je D1 weglaten, en de bovenkant van de spoel direct aan de voeding hangen. Je gebruikt de transistor van het IC dan alleen nog maar om de MOSFET aan te sturen.

Je hebt dan wel wat extra nodig om de MOSFET ook snel genoeg weer uit te zetten. Ik zou het zo proberen:

Q1 is hierbij de transistor in het IC, de spanningsbron aan de basis is alleen de aansturing daarvan voor de simulatie. R5 moet de belasting voorstellen.

Simulatie in LTSpice bijgevoegd.

In plaats van deze constructie, kun je natuurlijk ook een weerstandje en 2 emittervolgers gebruiken om de MOSFET aan te sturen.

Heb je geen MC34063 liggen? Die is veel beter geschikt voor een boostconverter.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
fred101

Golden Member

Bedankt Rene voor de links. Ga ik morgen bestuderen. Ook eens appnote 25 van Williams er eens bij pakken.

Ik heb net gemeten wat er gebeurd op de drain en gate. Bij 1A doet alles het netjes en draait de boel rustig met grofweg 30% duty cycle, maar daarboven schiet de DC% omhoog, en gaat hij rond 1,1A fors in DC% omhoog voor de spanning instort bij 1,2A en dan komen er dubbel pulsen (Heel korte puls gevolgd door iets van 80-90% DC%. Zal ook eens naar de compensatie kijken. Dit met alle spoelen die ik probeer van 60 uH tot iets van 300 in alle smaken/vormen (gewoon alles uit mijn voorraad van die waarden)

Sparky:
Even als test D1 verwijderd, 10k aan gate naar gnd en de drain via L aan Vdd, maar dan gaat er 9A lopen en er gebeurd verder niks.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Eh, de drain aan VDD?

Met 10k tussen de gate en ground gaat die MOSFET natuurlijk nooit uit voordat het volgende pulsje komt, dus die staat permanent aan, niet zo vreemd dat er veel stroom gaat lopen. Daarom zei ik ook dat je wat extra nodig had om de MOSFET aan te sturen; in het schema in de datasheet gebruiken ze de stroom door de spoel, met de spanningsval over D1, om de gate van de MOSFET te ontladen; dat gaat natuurlijk niet meer als D1 weg is en de spoel direct aan de voeding zit.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
fred101

Golden Member

Ik heb het even gecorrigeerd, ik had de 12V (Vdd) via de spoel aan de drain gekoppeld.

Ik denk dat het probleem niet in de spoel zit. Als test sloot ik een spoel met heel hoge Al (dacht ik) en maar 5 windingen heel dik draad aan. Dat deed helemaal niets (ipv 100uH bleek het 100nH te zijn)
Ofwel min of meer een kortsluiting. Er oscilleerde niets. De stroom die er liep was nog steeds iets van 1,2A.

Er lijkt dus een (niet bedoelde) stroom begrenzing te zijn in het IC of de MOSFET gaat niet voldoende open. Die 620 ohm vond ik zelf ook wel hoog maar app notes zijn meestal wel correct.

Bij meten op de gate merkte ik dat de gate drive rond de 10V zit als er minder dan 1A loopt, maar hij wordt daarboven lager. Kan morgen pas weer verder.

Sparky,

Met 10k tussen de gate en ground gaat die MOSFET natuurlijk nooit uit voordat het volgende pulsje komt, dus die staat permanent aan, niet zo vreemd dat er veel stroom gaat lopen. Daarom zei ik ook dat je wat extra nodig had om de MOSFET aan te sturen;

Dat deed ik omdat jij het in je sim schema gebruikt. Maar ik zie nu dat jij waarschijnlijk Q2 daarvoor gebruikt.

in het schema in de datasheet gebruiken ze de stroom door de spoel, met de spanningsval over D1, om de gate van de MOSFET te ontladen; dat gaat natuurlijk niet meer als D1 weg is en de spoel direct aan de voeding zit.

Bedankt, weer wat geleerd, ik dacht dat deze er zat om in de buck situatie te werken. Maar waarom hoeft hij er dan niet in als het een pure boost converter is ? :

Voor een zuivere step-up converter moet je D1 weglaten, en de bovenkant van de spoel direct aan de voeding hangen. Je gebruikt de transistor van het IC dan alleen nog maar om de MOSFET aan te sturen.

Heb je geen MC34063 liggen? Die is veel beter geschikt voor een boostconverter.

Ja, die heb ik ook liggen. Ik wil dit oplossen maar ik denk dat ik als definitieve versie toch voor wat efficiënters ga.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Dat IC beperkt de stroom op 5A, maar als je bijna geen inductie hebt aangesloten wordt die heel vroeg in de PWM cyclus bereikt, en loopt er de rest van de tijd dus geen stroom. Dat maakt dat de gemiddelde stroom lager is; het IC doet precies waarvoor het ontworpen is.

Dit IC is gewoon niet bedoeld of bijzonder geschikt voor een boostconverter, als je nog aan het leren bent hoe dit werkt, kun je beter een IC gebruiken dat wel geschikt is. Met een MC34063 kun je prima een boostconverter bouwen, dat is ook wat er in veel USB laders voor in de auto zit. Als je grotere stromen wilt schakelen, heb je een paar transistors extra nodig om een externe MOSFET aan te sturen. Aangezien de meetweerstand bij de MC34064 extern zit, kun je die kleiner maken, voor een grotere stroom, en werkt alles nog steeds naar behoren.

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

Overleden

De MC34063 is wel een oud ontwerp maar werkt goed.
Ik heb diverse keren de MC34063 gebruikt, ook voor een booster met als ingangsspanning 11V tot 14,5V en uit ongeveer 16,5V bij 2A.
Er zijn veel sites met info en voorbeelden, o.a. Dave Jones EEVblog .

Lucky Luke

Golden Member

Op 28 november 2022 16:15:04 schreef Lucky Luke:
Ik heb ergens een goeie appnote/paper/iets over switching converters, als ik die terugvind drop ik wel een linkje in dit topic…

Ik denk dat ik deze bedoelde: Microchip Appnote 1114:
https://www.microchip.com/en-us/application-notes/an1114

Verder vond ik nog:
Texas Instruments slyu36 power topologies handbook:
https://www.ti.com/seclit/ug/slyu036/slyu036.pdf

Texas Instruments slta055 (input/output capacitor)
https://www.ti.com/lit/an/slta055/slta055.pdf

Eluke.nl | De mens onderscheid zich van (andere) dieren door o.a. complexe gereedschappen en bouwwerken te maken. Mens zijn is nerd zijn. Blijf Maken. (Of wordt, bijvoorbeeld, cultuurhistoricus)
fred101

Golden Member

Ik ben toch maar over gestapt naar de 34063 ipv doorgaan. Die heb ik al vaker met succes gebruikt en heb ik een stuk of 15 op voorraad. Ik heb zelfs een 12 naar 28V testprint liggen waar ik smps spoelen mee test.

Die voedingen gebruikte echter geen externe transistor Er staat een schema in de appnotes maar er staat niet wat voor tor. Ik heb de versie voor een darlington gebruikt. (pagina 5 en 6(links))

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Ik zou gewoon met 2 torren (PNP en NPN in emittervolger configuratie) een gate driver fabrieken en een moderne MOSFET gebruiken, met dit soort stromen is de spanningsval over een darlington best wel onhandig.

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

wel twee keer dan want je moet de gate ook ontladen
dat bedoelde je ook natuurlijk denk ik

fred101

Golden Member

Het is me nog niet gelukt maar het is erg leerzaam.

Ik heb eerst berekent wat ik voor 2,5A nodig heb (wat realistischer) Ik ben ook een stap terug gegaan en heb mijn spoel-testprint met 34063 eerst eens gemeten met de scoop zodat ik weet wat ik hoor te zien. Dit met een 100 mA load om de boel heel te houden.
Ik kwam voor 2,5A op 33 µH en 1 nF voor CT. Output 19V, input 12V

- Spoel: Hij werkt met zo ongeveer alles vanaf ongeveer 3 uH maar het
rendement varieert nog al. Mooi te zien wat kernmateriaal doet. Twee spoelen met de zelfde waarde kunnen een enorm verschil in spoel-stroom geven.

- Het ding werkt nu op iets van 35 kHz maar in een "niet-continu mode" Hij pulst bij een bepaalde spoel 1x en dan 200 µs niets. Maar dat hangt sterk van het soort spoel af. Bij sommige pulst hij een of een paar keer (met 35 kHz), bij andere gaat hij direct in continu mode.

- Als testje ook Simetrix gebruikt om te kijken naar de spoelstroom. Dit omdat ik daar geen last heb van het kernmateriaal etc. Hoe groter de zelfinductie, hoe kleiner de spoel stroom. Wat ook wel logisch is maar ik had een soort optimale waarde verwacht (bij de gebruikte load) Het varieert maar een paar volt in uitgang spanning. Dat had ik niet verwacht. Er is geen feedback dus ik had verwacht dat de uitgangspanning direct afhankelijk zou zijn van de zelfinductie.

De darlington van de niet-spoeltester, sneuvelde al snel want bij 1A en een beroerde spoel loopt er heel snel vies veel stroom, zeker als de spoel verzadigd. Een mosfet (zonder verdere transistors) hield het wat langer vol. (ook een te klein koelkprofiel)

Ik heb nu een nieuw ontwerpje gemaakt met een mosfet en een npn en pnp als mosfet driver zoals door Sparky is getekend. Maar die moet ik nog bouwen. (Met meer koeling)

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

De uitgangsspanning is niet (significant) afhankelijk van de inductie, zolang de converter in continuebedrijf werkt; de verhouding tussen de in- en uitgangsspanning (plus spanningsval over diodes, MOSFET, etc.) is simpelweg gelijk aan de pulsbreedteverhouding.

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

Op 15 december 2022 10:18:20 schreef fred101:
(Met meer koeling)

Mijn nattevinger richtlijn is 10% verliezen. Als je dan effe (te) makkelijk aanneemt dat de schakeltor daarvan de helft voor z'n rekening neemt, dan zit je daar op ongeveer 3W aan te koelen vermogen. Veel meer moet je eigenlijk niet willen in deze situatie. Maar goed, om het heel te houden tijdens het zoeken, naar waarom je MEER verliezen hebt misschien toch handig om wat meer te hebben. :-)

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
fred101

Golden Member

Een proefje met de twee torren als mosfet driver is geslaagd. Ik ben maar tot 1,5A gegaan omdat het nu niet echt geschikt is voor meer stroom maar het rendement is nu veel beter.

De mosfet wordt handwarm. De beste spoel is 33 µH en heb ik gewikkeld om een 15 mm buiten diameter ringkern. (n=30) De uitgang spanning liep wat terug maar de uitgang capaciteit is maar 1000 uF wat een behoorlijke rimpel gaf maar het liep ook fout op de ingang. Daar zit nu maar 330 uF capaciteit.

Ik ben benieuwd naar de metingen van de nieuwe versie (80% af).
Wat voor rendement zou ik moeten kunnen halen ?

Sparky, Ik wil daar wat meer aan meten want ik ben er nog niet uit. Ik haal 19V met iedere spoel, zelfs een 3 uH luchtspoel. Ik had verwacht om de dutycycle te zien veranderen ten gevolge van de load stroom.

Maar hij lijkt een vaste DC% te hebben. Je ziet "stationair" incidenteel 1 pulsje. Bij meer load komen er meer pulsjes totdat het continu bedrijf wordt. Vanwege de houtje-touwtje opstelling heb ik voornamelijk heel kort met 500mA zitten meten. Ik ga als hij af is uitgebreid alle stromen en spanning meten.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
fred101

Golden Member

Het is gelukt. De reden dat ik bij alle testen niet hoog genoeg in stroom kwam bleek een heel stomme fout. Een bijna breuk in de 12V voeding kabel. Er bleken nog twee draadjes ofzo vast te zitten aan de connector, de rest was gebroken.

Zowel de proef versie als net gebouwde versie werken nu. Het rendement van de proefversie met super dikke mosfet (IRFP460A met hoge Rds-on) was matig. In de nieuwe een FQP65N06 mosfet genomen met een 0,016 ohm Rds-on en nu is het rendement veel beter. Grofweg 2W a 3W verschil tussen in en uitgang.

Jullie hadden gelijk, ik zie nu het nut van de Rds-on in.

Er zijn wel wat dingen waar ik een vraagteken bij zet. Zie schema in Fred-CAD.
1) Beide werken alleen met pin 1 aan de collector van de 2n2219 en niet naar de 12V (direct, voor of na spoel en met en zonder weerstand) Pin 1 is een open collector. Dus zowel de collector van de interne als van de NPN krijgen eigenlijk geen spanning. Bij meten staat er wel spanning op. (een blokgolf, ik dacht iets van 5V maar ik moet nog echt gaan meten. Dit was een test of ik alles goed had aangesloten)

2) Ik heb het driver deel met de 2 torren overgenomen van Sparky en daarna de boel in Simetrix gegooid ivm de waarden van onderdelen. Maar ik zou zelf denken dat npn en pnp omwisselen logischer zou zijn. Bij een npn zet je de load boven de collector als je er mee schakelt. Ik heb het omgekeerd geprobeerd maar dat werkt niet (in de sim) Ik heb dit eerder toegepast en toen het wel omgekeerd gebruikt. Dat was alleen met een ander doel in een heel andere situatie met zo min mogelijk stroomverbruik in standby.

Hij is op gaatjesprint maar zoals je op de foto ziet zijn de massa, 12 en 19V vertind en verdeeld over meerdere banen voor zo laag mogelijke weerstand. Het gatedrive deel heeft zijn eigen baan (wel verbonden met de rest) Geen idee of het zinvol is maar ik hoop dat zo er wat minder rotzooi over gaat. De gatedrive ziet er volgens mij, zo even snel gezien wat schoner uit tov de testversie. Het rode spul op ht pcb is stift restanten, gebruik ik om de layout te tekenen.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
fred101

Golden Member

Ik heb nog wat verder gemeten. De lader ging zonder probleem tot 2.4A maar alleen als de opstart load minder dan iets van 2A was.
Probleem was volgens mij de gate drive. Die is maar 8 a 9 volt. Zodra ik de ingang spanning ongeveer 12,5V maakte kon hij wel de hogere begin load aan.

Ik heb een filter toegevoegd, nu is de uitgang prima. Ik heb een nieuwe spoel gemaakt met dikker draad en een grotere ringkern. De MOSFET heb ik vervangen door een logic level MOSFET. Nu gaat hij wel helemaal en mooi strak open. Opstarten met 2.5A is nu geen probleem meer. Groter koelprofiel en bij 2,5A wordt de mosfet na een paar minuten iets van 25 graden. De diode werd 50 dus daar heb ik een tor koelringetje om gedaan maar ik denk dat ik beter een TO220 versie kan nemen.

Hier scoop fotos, schemas etc

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
rbeckers

Overleden

Fred, mooi maar ik mis nog een goede crowbar. ;)

Ik vind de gate driver en pin 1 van de 34063 een zeer dubieuze constructie, want zodra de MOSFET in geleiding gaat trekt hij de voeding van de 34063 onderuit, en die van de gate driver, dus ik begrijp eigenlijk niet hoe die MOSFET fatsoenlijk in geleiding gaat.

Die constructie met de transistors had ik bedoelt voor je vorige ICtje, voor deze zou ik deze constructie gebruiken:
https://i.stack.imgur.com/zI4IF.png

Ik vind 16 milliohm nog best veel eigenlijk.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
fred101

Golden Member

Dat was de opzet die ik zelf ook in gedachte had.

Hij werkt nu goed, maar het probleem is dat het eigenlijk niet kan werken. Pin 1 is een open collector waar nu niets aanzit. Toch werkt het en toen ik het aansloot zoals de datasheet de externe tor aansluit, was de eerste test gelijk het einde van het IC en de tweede test molde de MOSFET. Als ik hem gewoon aan de 12V hang (dus voor de spoel ipv erna), wat volgens mij in theorie zou moeten kunnen, werkt de boel niet. Ik denk dat het intern net wat anders zit als in de datasheet staat.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs