Maximierung des Wirkungsgrads im Synchron-Aufwärtswandler

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ziel ist es, einen synchronen Aufwärtswandler mit einem Mikrocontroller ATMega 2560 zu entwerfen, der bei 31,25 kHz schaltet.

Das 5-V-PWM-Signal wird vom Mikrocontroller zum High- und Low-Side-Treiber ( IR2101 ) geleitet.

Meine Stromabgabe beträgt maximal 15 A, und ich habe irgendwo gelesen, dass der Diodenstrom idealerweise auf maximal 7 A begrenzt werden sollte, um eine hohe Verlustleistung zu vermeiden.

Ich möchte die Verlustleistung durch die Diode minimieren und den Wirkungsgrad maximieren.

Ich habe versucht, den High-Side-Schalter mit NICHT-Gate-Signal vom Low-Side-PWM-Signal einzuschalten.

High-Side-Mosfet schaltet sich ein, wenn die Low-Side ausgeschaltet wird, aber die Spannung bleibt bei 4 Volt und steigt nicht an.

Was könnte die Ursache für dieses Problem sein?

Es ist viel einfacher, eine Diode zu verwenden, als einen High-Side-Schalter und all seine komplexen Schaltungen zu implementieren.
Meine Stromabgabe beträgt maximal etwa 15 A, und ich habe irgendwo gelesen, dass der Diodenstrom idealerweise auf maximal 7 A begrenzt werden sollte, um eine hohe Verlustleistung zu verhindern. Ich möchte die Verlustleistung durch die Diode minimieren und den Wirkungsgrad maximieren.
Wenn Sie einen Ausgangsstrom von etwa 15 A haben möchten, möchten Sie eine gute Antwort. Eine gute Antwort erfordert eine gute Frage. Ihre Frage muss etwas verbessert werden, z. B. woher kommt die PWM? Kommt es direkt vom ATMEGA 2560? Schalten Sie den Low-Side-Transistor ordnungsgemäß aus, bevor Sie den High-Transistor einschalten, und schalten Sie dann den High-Transistor ordnungsgemäß aus, bevor Sie den Low-Transistor einschalten? - Sie sitzen auf allen Informationen, teilen Sie so viel Sie wollen, je mehr Sie teilen, desto bessere Antworten erhalten Sie. - Fügen Sie keine weiteren Informationen in Kommentaren hinzu, bearbeiten Sie stattdessen Ihre Frage.
Eine Frage, die ich hatte: Wie stellen Sie sicher, dass sich das hohe und das niedrige N nicht gleichzeitig überlappen? Macht das der PWM-Generator von ATMega? Wenn nicht, fügen Sie möglicherweise eine nicht überlappende Schaltung hinzu, um sicherzustellen, dass dies nicht auftritt - das heißt, etwas, das eine Totzeit in die Umschaltung einfügt.

Antworten (4)

Sie versuchen, einen N-Kanal-MOSFET als High-Side-Schalter zu verwenden. Ohne einen speziellen Gate-Treiber mit Boost-Schaltung geht das nicht.

Außerdem haben Sie es falsch herum verstanden – denken Sie darüber nach, in welche Richtung die Body-Diode zeigt!

Sie sollten wahrscheinlich ein P-Kanal-Gerät an M2 verwenden, aber selbst dann müssen Sie seine Gate-Ansteuerung relativ zu seiner Quelle machen, die die Ausgangsspannung und nicht die Eingangsspannung ist.

Ich habe in meiner Simulation einen High- und Low-Side-Treiber verwendet, um die Mosfets zu schalten
Dann müssen Sie das in Ihrer Frage zeigen. Ich kann nichts beantworten, was Sie nicht wirklich gefragt haben!
N-FETs haben niedrigere Rds(on) in einem bestimmten Gehäuse, weshalb sich die meisten Leute, die Hochleistungsarbeiten ausführen, die Mühe machen, sie trotz der speziellen Vorspannung, die zum Anheben von V erforderlich ist, auf der hohen Seite anstelle von p-FETs zu verwenden (gs) hoch genug, damit sie funktionieren.
Und er sagt, er benutzt den IR2101, der das Boosten macht.

Alle Halbbrücken, die duale NFETs verwenden, müssen PWM verwenden, das nur auf der Low-Side mit Serienkappe zu Vdd-Diodenklemme benötigt wird, um eine Boost-Spannung > 2 Vgs(th) über Vdd zu erzeugen, um die High-Side-Gate-Spannung zu treiben.

Die High-Side kann dann beispielsweise für eine Boost/Buck-Umwandlung mit einer induktiven Last unabhängig gesteuert werden, indem + oder -ve induktive Stromenergie gespeichert wird.

  • Die Klemmdiode leitet nur, wenn die niedrige Seite nach dem Laden der Reihenkondensatoren ausgeschaltet wird, dann zieht die hohe Seite den Kondensator hoch, um die Klemmdiode in Durchlassrichtung vorzuspannen. Abhängig von der Reaktanz muss eine Totzeit von etwa xxx ps oder ~ 1 us vorhanden sein, wenn die Abklingzeit der Last L / R = Tau ist, und die Erholungszeit der Schalter ausgeschaltet wird, was häufig mit einer Shunt-Diode über dem Gate-Widerstand zwischen LO- und Low-Side-Gate beschleunigt wird.

Sie können M2 nicht so verwenden. MOSFETs haben eine antiparallele Körperdiode und Ihre ist auf dem Kopf stehend frei leitend. Sie benötigen auch einen High-Side-Gate-Treiber.

Es ist an sich nichts falsch daran, einen n-FET auf der hohen Seite zu verwenden (und es ist die bevorzugte Lösung, da n-FETS normalerweise niedrigere Rds (ein) für eine bestimmte Größe haben), aber achten Sie auf die Body-Diode (Sie haben sie in Ihrem Design rückwärts). ). Um den High-Side-FET anzusteuern, benötigen Sie außerdem einen Bootstrap-High-Side-Gate-Treiber, um Vgs hoch genug zu machen, um FET M2 einzuschalten. (Huh, ich habe dreimal 'hoch' gesagt. Da muss ich etwas im Kopf haben ...) Ich sehe, dass Sie das mit dem IR2101 gemacht haben, also sind Sie auf halbem Weg.

Wie auch immer, nachdem Sie diese Probleme angesprochen haben, hier ist eine Idee: Schauen Sie sich Buck-Boost- und Boost-Controller-Schaltungen an, die n-FETs verwenden, die Ströme in Ihrem Zielbereich liefern. Ja, Sie implementieren nur den Boost-Teil von Buck-Boost, aber Sie erhalten zumindest eine Vorstellung von der Komponentenauswahl und der Schaltungstopologie.

Buck-Boost-Beispiel: https://www.analog.com/en/products/lt8708.html#product-overview

Und ... Sync-Boost-Beispiel, das auch eine Eingangstrennung hat, etwas, das Ihre Schaltung verwenden könnte: https://www.monolithicpower.com/en/mp9184a.html

Noch etwas: Einige der Designs zeigen eine Schottky-Diode parallel zum High-Side-FET, wahrscheinlich zur Beschleunigung der Gesamtschaltzeit.

Eine andere Sache: Stellen Sie in Ihrem PWM-Antrieb eine Totzeit (Nichtüberlappung) zwischen der hohen und der niedrigen Seite sicher, um ein Durchschießen zu verhindern?

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