DC/DC boost устойчивый к пульсовой нагрузке

[AlexZabr 0]

Стоит задача сделать DC/DC boost с 3.3 до 6V на входе, примерно 7.5V на выходе, средняя нагрузка - примерно 2-3 W на выходе.

Все оно ничего, много вариантов есть с Linear, TI и т.д., симуляции в спайсе linearа дают хорошие результаты и КПД, одно НО:

В нагрузке присутствуют пульсы тока (редкие, раз в несколько секунд а то и минут) до 1.5-1.8A длительностью примерно 10-15 msec (current dump)

Симуляции в Linear с применением DC/DC, на Ilim внутреннего транзистора даже до 2.5А дают резкие падения выходного напряжение (примерно в 1.5 до 2ух вольт), т.е. с 7.5 падает до 6 или чуть более.

Разрешенное окно выходного напряжения = от 7 до 9 вольт.

Решение может быть поднять выходное напряжение до 8.5 - 9 вольт, тогда симуляция говорит что падение будет до примерно 7.8 и на этом держиться до окончания пульса, после чего обратно востанавлливается до номинального. Однако тогда - падает общий efficiency (ибо разница между входным и выходным напряжением будет больше).

 

Можно конечно смотреть в сторону switchers с Ilim токами 5А и выше, но тогда, при средней нагрузке которая для них мала - efficiency будет тоже низок...

 

Можно еще пробовать switchers с внешним транзистором, но мне кажется там efficiency трудней контролировать ибо потери видимо заведомо больше (да и наверно частоты будут сильно ограничены), мне кажется такое решение больше подходит для средних высоких токов (а не низкий средний и редкие/высокие пики)...

 

 

Интересуют мнения/опыт...

 

Спасибо.

 

 

[Wise 0]

и на этом держиться до окончания пульса, после чего обратно востанавлливается до номинального

..Хотите сказать, выходное сопротивление вашего блока, порядка одного Ома?

Странно, конечно..

Так, а схема где..?

[AlexZabr 0]

..Хотите сказать, выходное сопротивление вашего блока, порядка одного Ома?

Странно, конечно..

Так, а схема где..?

 

Схема - обычное построение из datasheets Linearа например, пробовал более 5и разных switchers, расчеты - стандартные согласно datasheet (и стандартным формулам для boost configuration) схемы симулируются в их спайсе LTSpice.

Последнее пробовал на LT3580 - построеное по топологии boost, в стационарном режиме (нагрузка 2-3 W) - симуляция показывает стабильную работу, низкий ripple, высокий КПД (от 88 до 93% при входе от 6 до 3.3V). Ilim его ключевого транзистора = 2.4A. Однако когда загоняю в симуляцию этот current dump (броском тока до примерно 1.6-1.8А) - падает, т.е. выход падает то примерно 6 вольт.

 

Вобщем-то согласно формуле расчета маскимального тока в нагрузку (а так-же частично элементы этой формулы присутствуют в расчете/проверке индуктивности) - switcher с Ilim = 2.4А более чем удовлетворяет нагрузке 2-3 W но про подстановке броска тока - показывает что Ilim нужен порядка 5А !

Это неудобно ибо при straight-forward подходе требует swticherа предназначенного на реально большие токи (в стационарном режиме) а их efficiency на малых (для них) токов - относительно небольшое. У меня-же основная работа - на токах нагрузки 0.2 - 0.3А, там у этих switchers предполагаемый efficiency не будет превышать 80-85% а как раз тут мне и нужен КПД. Там-же где они "сильны" (на больших токах) - меня КПД не интересует, просто чтоб держали выход.

 

Неужели нет выхода и нужно все-таки брать switcher на большой ток из-за бросков тока ? (например LT3579)

 

[Wise 0]

switcher с Ilim = 2.4А более чем удовлетворяет нагрузке 2-3 W

..Сколько понимаю, блок должен быть расчитан (в вашем случае), на максимальный выходной ток 2А.

То есть, если медленно и плавно увеличивать ток нагрузки от некоторого минимально допустимого, до 2-х ампер, напряжение выхода должно измениться лишь незначительно. Это будет говорить о приемлемом (малом) выходном сопротивлении блока питания.

У вас, кажется, этого нет..

 

..Есть еще переходная характеристика, как реакция на быстрые изменения нагрузки. Но, должен же блок держать максимальную нагрузку в статическом режиме, без провалов напряжения выхода?

Поэтому, возможно, посчитать надо (придется) не на выходной ток в 0,4А, а на ток в 2А..

 

..То, что при этом Ilim = 5А - ну, а куда деваться, реальный ток нагрузки возможен 2А? Возможен..

То, что он редко и "всего" 15mS, не "оправдание" брать при расчете выходной ток заниженным в 5-6 раз ..

 

2АХ15mS = 30 mC;

30 mC/1mF = 30V.

 

..То есть, выходной конденсатор в 1 миллифараду, отдавая заряд, необходимый для поддержания тока 2А в течение 15 миллисекунд, "провалился" бы по напряжению на 30 вольт.. Это не шуточки.. :rolleyes:

Edited September 26, 2010 by Wise

[тау 0]

задачу решит конденсатор 30mF (30000мкф) на выходе.

Если такой вариант не устраивает - то 5A из 3.3 входных вольта на должно его просаживать заметным образом. т.е Rвых источника 3.3V не более 0.1 Ома должен быть. Источник 3.3 действительно низкоомный? Если "Да" и 30000мкф нельзя, то при низкоомном первичном источнике ставьте 2 буста: один на средний малый ток и более мощный только для пикового тока.

[Microwatt 0]

Похоже, только увеличение выходной емкости поможет...

[Wise 0]

..Все эти м/мы со встроенными ключами и программки для их расчета, предназначены, обычно, для типовых случаев.

Да и то, не всегда можно быть уверенным в оптимальности.

 

..Советую вам, Саша Z, посчитать свою ситуацию вручную. Возможно, при таком расчете, увидите выход и появится идея..

И не бойтесь использовать внешний ключ.

[AlexZabr 0]

Спасибо всем ответившим.

Нет проблем расчитать емкость нужную для получения энергии необходимой соленоиду при данном напряжении заряда - расчет дает примерно 1.5-3 mF.

Так-же расчет дает конденсатор на примерно 2000uF при заряде до 5 V даст необходимую энергию в импулься разряда, либо примерно 1000uF при заряде до 7.5V.

Проверил на практике - как в аптеке.

Однако тогда нужет отдельный канал DC/DC специально для этой цели - заряд конденсатора затем, при его разряде нужно задействовать ограничение по току switcherа что-бы большая часть тока нагрузки давалась конденсатором и падение напряжения не отразилось (или не сильно отразилось бы) на входном источнике.

При расмотрении данного решения есть другие проблемы связанные с фактом того что у меня нагрузка - black box в которой не имею права ковыряться (что-бы выделить питание соленоида наружу), есть только общий вход питания.

 

Есть другая идея которую сейчас проверяю в симуляторе производителя и расчетом...ежели чего получится - поделюсь..

[SNGNL 0]

Однако тогда нужет отдельный канал DC/DC специально для этой цели

Можно поставить дополнительную секцию удвоения (на примере того же LT3580) для заряда накопительной емкости через ограничительный резистор. Емкость объединяется с основным выходом через регулируемый стабилизатор (типа LM317). Uвых стабилизатора устанавливается немного меньше основного выходного напряжения. При появлении подсадки (в пределах нормы), основной ток потечет через стабилизатор.

[AlexZabr 0]

Решение которое прорабатывается (концептуально на данный момент) близко к предложенному SNGNL и отчасти ТАУ.

К вопросу от ТАУ: первичный источник - обычные х4 батарейки АА, в specе на которые (от Е91 от Energizer) говорится от внутреннем сопротивлении cellа в пределах 0.15 до 0.3 Ома.

[SNGNL 0]

Наверное, не слишком ясно написал, поэтому поясню:

1.Во время разряда емкости ток дополнительного канала (заряда) ограничен благодаря резистору.

2.Сигнал, заранее оповещающий о начале импульса - небольшая просадка напряжения основного канала ( Uвых стабилизатора становится больше напряжения основного канала).

 

[тау 0]

первичный источник - обычные х4 батарейки АА, в specе на которые (от Е91 от Energizer) говорится от внутреннем сопротивлении cellа в пределах 0.15 до 0.3 Ома.

ну вот.... помножьте 0.3 Ома на 5 А которые попросит импульсник в момент пиковой нагрузки - и не осталось от батареек ничего. В реальности ситуация еще тяжелее.

[AlexZabr 0]

Наверное, не слишком ясно написал, поэтому поясню:

1.Во время разряда емкости ток дополнительного канала (заряда) ограничен благодаря резистору.

2.Сигнал, заранее оповещающий о начале импульса - небольшая просадка напряжения основного канала ( Uвых стабилизатора становится больше напряжения основного канала).

 

 

Да, как раз все ясно было, спасибо. Разница а порогах feedbacks как раз и говорит о "флаге" начал просадки напряжения от импульса, это понятно.

Только ток заряда емскости думаю ограничивать current limitом вспомагательного канала boosta, таким образом заодно знаем время заряда (удостовериться в готовности емкости к след. импульсу).

Сейчас строю модель с спайсе, просимулирую, посмотрим как оно...

 

 

ну вот.... помножьте 0.3 Ома на 5 А которые попросит импульсник в момент пиковой нагрузки - и не осталось от батареек ничего. В реальности ситуация еще тяжелее.

 

Да, хотя суммарный ток пульса у меня примерно 1.8А (до 2х А), но все равно оно прилично. В приципе батарея не ограничена по току по своей природе, т.е. мжет дать в пульсе приличный ток (если относительно свежая) но напряжение просадит будь здоров и на достаточное время чтоб вызвать system reset или даже нестабильность системы.

Посему и пытаюсь сделать так чтобы импульс как можно меньше отразился на батарее. Медленный заряд крупной емкости не должен отразится на батарее, с другий стороны даст достаточную энергию импульса, спасает то что ожидаемое время между импульсами достаточно большое (секунды, десятки секунд и минуты).

[SNGNL 0]

Кстати, как подключается накопительная емкость в Вашем варианте?

[SNGNL 0]

Посему и пытаюсь сделать так чтобы импульс как можно меньше отразился на батарее.

Не Ваш случай?