Strombegrenzung des Benchtop-Netzteils am Schaltnetzteil MC34063

Ich baue derzeit ein Netzteil mit einem MC34063 IC. Ich habe einen externen n-Kanal-MOSFET zum Schalten des hohen Stroms verwendet, der zum Ansteuern eines LED-Paares verwendet wird.

schematisch

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Der Schalter arbeitet mit einem festen Arbeitszyklus von etwa 6:1, Frequenz 40 kHz. Ich habe die Schaltung so modifiziert, dass sie im Strommodus läuft, wobei ich einen ZXCT1109-Strommessverstärker und einen Messwiderstand verwende. Die Verstärkung wird von R1 gesteuert: Immer wenn die Spannung am INPUT-Knoten 1,25 V überschreitet, gibt der interne Komparator niedrig aus und der Emitterausgang (dh die Gate-Spannung) bleibt niedrig, bis die Messspannung unter diesen Schwellenwert fällt. Der Strom wird über C3-Entkopplungskondensatoren aufrechterhalten.

Bei niedrigen Strömen (dh wenn die Stromverstärkung hoch ist) funktioniert die Schaltung einwandfrei: Der Schalter schaltet korrekt ab, wenn der Strom über dem Schwellenwert liegt. Eine Verringerung der Verstärkung während des Betriebs der Schaltung führt zu einer Erhöhung der Verstärkung und der Ausgang bleibt stabil. JedochWenn ich den Stromkreis bei diesem höheren Strom wieder einschalte, funktioniert die Stromrückkopplung nicht mehr richtig, und der Schalter schaltet sich während seines Einschaltzyklus immer ein. Dies führt natürlich zu einem Überstromzustand, und wenn ich die Schaltung länger als ein paar Sekunden eingeschaltet ließ, würde der MOSFET braten. Die LEDs leuchten im Überstrom weiter, jedoch mit reduzierter Intensität. Die Oszilloskop-Messwerte zeigen, dass die Eingangsknotenspannung des Komparators gerade 1,25 V an ihrem Spitzenwert erreicht, bevor sie schnell abfällt. Bei fehlerfreien Messwerten überschreitet diese Spannung ~2 V, bevor sie wie erwartet langsam abfällt.

Ich vermute stark, dass dies auf einen aktuellen Latchup zurückzuführen ist, wie hier beschrieben . Die Schwelle des stationären Eingangsstroms, über der dies auftritt, liegt bei etwa 1A. Mein Tischnetzteil hat eine maximale Strombegrenzung von 2A. Dieses Überstromproblem tritt nicht auf, wenn ich Li-Ionen-Batterien zur Stromversorgung verwende.

Ich kann verstehen, warum dies auf einer sehr groben Basis auftritt: Die Strombegrenzung verhindert einen effektiven IC-Start. Allerdings verstehe ich den Effekt nicht weiter. Warum steigt die Spannung am Eingangsknoten des Komparators nie über den Schwellenwert, obwohl der Strom definitiv hoch genug ist, um ihn auszulösen? Warum sollte die Strombegrenzung die Schaltung so stark beeinflussen und verhindern, dass die Auslöseschwellenspannung jemals erreicht wird?

Der Artikel schlägt vor, dies mit einer Sanftanlaufmaßnahme zu beheben. Ich weiß, dass das funktioniert (da ich es manuell durch Ändern des Stroms gemacht habe, nachdem die Schaltung bereits online war), aber dem MC34063 fehlt eine interne Sanftanlauffunktion. Gibt es eine Möglichkeit, dies auf relativ einfache Weise zu implementieren?

Ich habe keine Oszilloskop-Messwerte aufgenommen, kann sie aber auf Anfrage zur Verfügung stellen.

Während des Startvorgangs sind die Arbeitszyklen höher und dies kann alle Arten von Problemen verursachen; Eine Möglichkeit, das Hochfahren in eine schwere Last zu steuern, besteht darin, die Betriebsfrequenz zu stufen (eine niedrige Frequenz ermöglicht eine längere Einschaltzeit für einen effektiv längeren Arbeitszyklus). Ein Kondensator über dem Timing-Kondensator, der nach Bedarf ein- und ausgeschaltet wird, könnte den Zweck erfüllen.
Das ist interessant, aber laut Seite 4 des Anwendungshinweises ist die Einschaltdauer auch während des Startvorgangs festgelegt? Es sei denn, Sie meinen den Arbeitszyklus des Ausgangsschalters und nicht den Kondensator. Könnten Sie auf jeden Fall erläutern, warum die Verriegelung dadurch auftritt?
Was ist Ihre Benchtop-Versorgung? Billige chinesische Lieferungen haben keinen sauberen Strom.
Es ist ein Farnell Instruments L30-2. Ich bezweifle stark, dass es billig oder chinesisch ist.

Antworten (5)

Ich kann nicht wirklich nachvollziehen, warum der Regler den zu hohen Strom nicht begrenzt, wenn Sie mit hohen Stromwerten beginnen. Vielleicht fließt der Strom nicht wirklich durch den Stromsensor?

Aber ich habe einen Vorschlag für einen einfachen Sanftanlauf.

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Betrachten Sie den Kondensator C5 zwischen VCC und Eingang. Beim Einschalten zieht dies den Eingangsstift auf VCC, der höher als 1,25 V ist. Der Komperator im MC34063 schaltet den Schalter also nicht ein.

C5 wird nun von R1 mit einer Zeitkonstante von aufgeladen

τ = R 1 ⋅ C 5

Bei einem Strom von 1A sollte R1 ungefähr so ​​sein

R 1 = 1.25 v 1 A ∗ 51 M Ω 124 µ A 30 M v = 5929 Ω ≈ 6 k Ω

τ = R 1 ⋅ C 5 = 6 k Ω ⋅ 1 µ F = 0,006 S

Und danach 5 τ = 0,03 S Der Kondensator ist fast vollständig (99,3 %) geladen . Während dieser Zeit übernimmt langsam die Rückmeldung des Stromsensors. Sobald die Eingangsspannung unter 1,25 V fällt, beginnt die PWM.

Das einzige, was bei dieser Lösung nicht ganz schön ist, dass sie eventuell die Maximalbedingungen des ZXCT1109 verletzt. Es besagt, dass die Spannung zwischen OUT und GND nicht überschritten werden darf − 0,3 Zu v S + . Da die Diode D1 darauf achtet, dass die Spannung an S+ fast gleich VCC ist, könnte dies noch funktionieren.

Um die Spezifikationen nicht zu verletzen, verwenden Sie den Kondensator nicht wie in Position C5 erklärt, sondern schließen Sie ihn als C4 zwischen OUT und S+ an. Das funktioniert fast genauso.

Das sieht interessant aus, aber könnte dies nicht dazu führen, dass die Rückkopplungsspannung kapazitiv mit der Leistungsspur gekoppelt wird oder umgekehrt?
Ja, das ist eine Möglichkeit, Sie könnten einen Widerstand in Reihe mit dem Kondensator schalten. Das wird diese Effekte begrenzen. Sie können auch versuchen, einen P-MOS von VCC (Quelle) an INPUT (Senke) und einen Kondensator mit einem Widerstand in Reihe von Gate zu GND anzuschließen. Das sollte den Eingang ebenfalls hoch binden, aber wenn die Kapazität am Gate aufgeladen wird, wird die Verbindung unterbrochen. Der Widerstand und der Kondensator am Gate bestimmen die Zeit, die zum Umschalten benötigt wird, genau wie oben.
Ich werde das versuchen.

Ihre Tischversorgung läuft mit maximal 2 Ampere und Sie betreiben ein Schaltnetzteil mit 1 Ampere Ausgangsstrom von Ihrem Induktor. Ihr Induktor muss einen durchschnittlichen Ausgang von einem Ampere liefern, daher muss sein Momentanstrom größer als 1 Ampere sein. Sie stoßen wahrscheinlich an Ihr aktuelles Limit.

Während des Starts wird die Induktivität mit einem Strom (gegen Masse) aufgeladen, und dieser Strom fließt nicht durch Ihren Messwiderstand. Wenn die Induktivität freigegeben wird, muss die Spannung an der Induktivität ansteigen, bis die Dioden leiten.

Bei einer 10-uH-Induktivität und einem maximalen Strom Ihrer Stromversorgung von 2 Ampere beträgt die maximale in der Induktivität gespeicherte Energie 1/2 Li^2 oder 40 Mikrojoule. Da Sie den Induktor 40.000 Mal pro Sekunde aufladen, erzeugen Sie nur 1,6 W (1 Joule pro Sekunde = 1 Watt). Dies ist wahrscheinlich genug, um Ihnen die geringe Helligkeit Ihrer LEDs zu geben, aber nicht genug, um sie mit einem ausreichend hohen Strom zum Laufen zu bringen, um Ihren Regler zu starten.

Stellen Sie sich jeden Zyklus als einen kleinen Energieeimer vor. Wenn Sie mit einer 2-Ampere-Grenze arbeiten möchten, wird Ihre Bucket-Größe durch den Induktor festgelegt und Sie benötigen einen größeren Bucket (größerer Induktor) oder mehr Buckets pro Sekunde (höhere Frequenz).

Richtig, das macht Sinn, aber: Wenn das der Fall ist, warum kann die Induktivität dann bei höheren Leistungen genug Leistung abgeben (z. B. wenn ich den Strom langsam erhöhe)?
V = Ldi/dt. Wenn Sie ein Ende Ihres Induktors auf Masse schalten, ist V Ihre Eingangsspannung; di/dt ist also unabhängig von Ihrer Last festgelegt. di/dt ist die Änderungsrate oder Steigung des Stroms in Bezug auf die Zeit. Wenn Sie starten, müssen Sie von Null aus erhöhen, aber sobald Sie laufen, fließt kontinuierlich Strom durch die Induktivität, sodass Sie den Strom nur von dem Wert erhöhen, auf den er kurz vor dem Schalter abgeklungen ist. Der Strom steigt mit der gleichen Rate an, hat aber einen anderen Anfangspunkt.

Hier ist eine Möglichkeit, die Stromversorgung der Abschnitte zu verzögern, die den größeren Strom ziehen, sodass das Gerät hochfahren kann, bevor die letzte Last mit Strom versorgt wird. Es ist etwas komplexer als ein einfacher Sanftanlauf, sollte Ihnen aber etwas Spielraum geben, um es für Ihre Anwendung zu optimieren.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Entschuldigung, aber ich verstehe nicht wirklich, was wohin gehört.

Versuchen Sie, npn am Ausgang so anzulegen, dass 0,6 V ihn auslösen, und dann Kollektorstift an Stifttreiber, der über einen 200-Ohm-Widerstand mit VCC verbunden werden sollte, sodass Sie auf diese Weise nur interne Transistoren abschalten

Vielleicht möchten Sie das Schaltungstool verwenden, wenn Sie Ausgabe sagen, was meinen Sie? Bitte präzisieren Sie Ihre Antwort und seien Sie konkret. electronic.stackexchange.com/help/how-to-answer

Sie haben vergessen, die Spitzenstrombegrenzungsfunktion des MC34063 zu verwenden. Sie müssen die Hauptstromversorgung an den Vin-Pin (6) anschließen und dann müsste sie durch einen Strommesswiderstand gehen, der zwischen den Pins Vin und Ipk (7) mit dem Rest der Schaltung verbunden ist. Für 1A Spitzenstrom benötigen Sie einen 0,3 Ohm Widerstand und für den maximalen Spitzenstrom von 1,5A benötigen Sie einen 0,22 Ohm Widerstand. Die Formel für diesen Widerstand lautet: R_sense= 0,3 / i_pk

Der ZXCT1109-Chip steuert Ihren konstanten Gleichstrom, aber nicht den Spitzenstrom.

Unten sehen Sie eine Beispiel-Boost-Schaltung, die aus dem MC34063-Datenblatt kopiert wurde.

Beispiel für das Design einer MC34063-Boost-Schaltung

Strombegrenzung des Benchtop-Netzteils am Schaltnetzteil MC34063
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