Vin: 2-36, Vout: 4,2. Sollte ich Step-Up, gefolgt von Step-Down oder SEPIC verwenden?

Ich habe die Vorschläge hier umgesetzt und denke, ich kann meine Frage jetzt selbstbewusst beantworten :)

1. Einen primitiven Boost-Regler selbst zu bauen, ist keine schwarze Magie, es ist tatsächlich viel einfacher, als ich zuerst dachte. Ich verwende ein NMOS mit etwas niedriger Gate-Kapazität (AP2310GN) und treibe es direkt von einem PIC-PWM-Pin. Die Induktivität beträgt 33 µH / 0,15 Ω. Meine Schaltfrequenz beträgt 100 kHz, und das Tastverhältnis kann in Schritten von 5 % angepasst werden; Ich habe nach einigen Tests 55 % als maximales Arbeitszykluslimit ausgewählt, da es sich unter normalen Umständen als ausreichend erwiesen hat. Mein Step-up ist sehr grob, da es darauf abzielt, 11 V ± 1 V auszugeben (das ist eine Menge Welligkeit!). Was ich anfangs nicht wusste, ist, dass Sie selbst für diese grobe Ausgabe eine enge Rückkopplungsschleife benötigen. Ich taste kontinuierlich die Eingangs- und Ausgangsspannung ab und passe das Tastverhältnis an. Dies ist eigentlich der problematischste Teil, da mein PIC auch andere Dinge tut (hauptsächlich Abfragen von einer Master-MCU bedient). Die Rückkopplungsschleife läuft bei etwa 3 kHz, aber aufgrund der "anderen Dinge" kann es manchmal fehlschlagen, das Tastverhältnis schnell genug anzupassen, um innerhalb des gewünschten Bandes zu bleiben. Dies ist besonders problematisch, wenn Ihr Arbeitszyklus hoch ist und im Eingang eine positive Spannungstransiente auftritt (was aus verschiedenen Gründen passieren kann). In diesem Szenario kann die Ausgangsspannung weit über die Obergrenze von 12 V springen und tatsächlich den „absoluten Höchstwert“ von 40 V am DC-DC-Wandler überschreiten. In meinem Fall habe ich den nachgeschalteten L6902 zweimal gebraten und nach diesen Vorfällen etwas Schutz hinzugefügt (viel größerer Speicherkondensator am Boost-Ausgang, um die Anstiegsgeschwindigkeit zu begrenzen, und eine TVS-Diode). Dies ist besonders problematisch, wenn Ihr Arbeitszyklus hoch ist und im Eingang eine positive Spannungstransiente auftritt (was aus verschiedenen Gründen passieren kann). In diesem Szenario kann die Ausgangsspannung weit über die Obergrenze von 12 V springen und tatsächlich den „absoluten Höchstwert“ von 40 V am DC-DC-Wandler überschreiten. In meinem Fall habe ich den nachgeschalteten L6902 zweimal gebraten und nach diesen Vorfällen etwas Schutz hinzugefügt (viel größerer Speicherkondensator am Boost-Ausgang, um die Anstiegsgeschwindigkeit zu begrenzen, und eine TVS-Diode). Dies ist besonders problematisch, wenn Ihr Arbeitszyklus hoch ist und im Eingang eine positive Spannungstransiente auftritt (was aus verschiedenen Gründen passieren kann). In diesem Szenario kann die Ausgangsspannung weit über die Obergrenze von 12 V springen und tatsächlich den „absoluten Höchstwert“ von 40 V am DC-DC-Wandler überschreiten. In meinem Fall habe ich den nachgeschalteten L6902 zweimal gebraten und nach diesen Vorfällen etwas Schutz hinzugefügt (viel größerer Speicherkondensator am Boost-Ausgang, um die Anstiegsgeschwindigkeit zu begrenzen, und eine TVS-Diode).

2. Da der L6902 ein sehr nützlicher, aber etwas mysteriöser Chip ist, werde ich meine Erkenntnisse hier niederschreiben, um allen anderen Ingenieuren zu helfen, die vielleicht über sein spärliches Datenblatt nachdenken. Ich war besonders besorgt, was passiert, wenn Vin niedriger als 8 V ist - ist es schlecht für den Chip, versucht er, etwas auszugeben? Ich habe herausgefunden, dass

   • Der Chip ist in Ordnung und macht nichts unter ~4,1 V in; Oberhalb dieser Spannung beginnt der integrierte LDO zu arbeiten;
   • Wenn die gewünschte Ausgangsspannung etwa 2 V unter der Eingangsspannung liegt, versucht der Switcher nicht zu laufen, dh ich habe etwa 2 V "Dropout". Dies bedeutet, dass Sie den Chip bei einer Ausgangsspannung von 4 V möglicherweise mit Vin = 6 V betreiben können, wenn auch mit reduzierter Leistung.
   • Oberhalb von 30 V wird der Chip ziemlich ineffizient, oder zumindest ist das in meinem Setup der Fall. Bei 3,7Vout, I=1A wird es mächtig heiß, über 100˚C. Wenn Sie einen so hohen Vin benötigen, betreiben Sie ihn entweder mit reduziertem Strom oder platzieren Sie ihn auf einem ausreichend großen Kupferpad.
   • Wie oben erwähnt, scherzten sie nicht , als ST „ absolute maximale Eingangsspannung: 40 V “ schrieb . Ich habe einen Chip gebraten, indem ich den Generator überdreht habe - in diesem Vorfall habe ich ihn einige Sekunden lang mit etwa 45 Volt versorgt, und das war genug, um ihn zu töten;
   • Obwohl die Strombegrenzungseinstellung einen Widerstand erfordert, können Sie ihn leicht so ändern, dass er spannungsgesteuert ist (ST hat einen App-Hinweis, der erklärt, wie);
   • Der Sweet Spot scheint in Bezug auf die Effizienz bei etwa 10-15 V Eingang für 4,1 V Ausgang zu liegen, ich habe dort etwa 85 % Effizienz gemessen.

3. Funktioniert das ganze Setup (Step-up, gefolgt von einem Step-down)? Ja. Ist es das wert? Etwas - ich kann selbst bei Vin = 2 V kleine Mengen Strom liefern. Der in den Kommentaren vorgeschlagene Ansatz von nur einem Step-down mit 100% Einschaltdauerfähigkeit ist ebenfalls in Ordnung, würde jedoch ein anderes Getriebe des Generators erfordern, was in meinem Szenario unmöglich ist ... ABER, wenn jemand daran arbeitet dasselbe Problem haben, möchten sie diesen Ansatz vielleicht ausprobieren. Ich habe den Abwärtsregler LTC3637 gefunden, der wie ein guter Chip für diesen Zweck aussieht.