Wie steuere ich eine Buck-Boost-Wandlerschaltung von einem Mikrocontroller aus?

Ich lese in letzter Zeit über Buck-Boost-DC-DC-Wandler und eines ist mir immer noch nicht ganz klar. Die meisten der Wandler-ICs, die ich gesehen habe, haben einen Rückkopplungsschleifen-Eingangspin. Zum Beispiel benötigt der LTC3780 einen Spannungsteiler. In der typischen Anwendung wird er mit den Widerständen R1 und R2 (links) erstellt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Soweit ich weiß, besteht die einzige Möglichkeit, eine solche Schaltung von einem Mikrocontroller aus einzustellen, in der Verwendung eines digitalen Potentiometers. Das Problem ist, dass digitale Potentiometer, die ich gefunden habe, entweder ziemlich teuer sind oder eine große Toleranz haben, wie 20 oder 30%.

Gibt es eine bessere Möglichkeit, die Ausgangsspannung solcher Wandler einzustellen? Und wenn nicht, gibt es andere Arten von ICs, die eine einfachere Steuerung über einen Mikrocontroller ermöglichen?

microcontroller boost buck switching-regulator Piotr Sarnacki
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reicht es aus, das fb netzwerk anzupassen? Müssen Sie nicht auch die Kappen und den Induktor entsprechend ändern (außerhalb eines bestimmten Bereichs)?

Kolosy

Suchen Sie einen weiten Spannungsbereich? Es gibt digitale Regler, die Sie über i2c einstellen können. Es gibt auch pmics Power Management ics, mit denen Sie Spannungen begrenzen und Strom und Spannung betrachten können

Some Hardware Guy

Sie können auch einen eigenen Mikrocontroller entwerfen und den IC vollständig überspringen.

pjc50

Ist es möglich, die Rückkopplungsstufe mit einem Hochgeschwindigkeitspuffer zu isolieren, gefolgt von einem Summier- oder Differenzverstärker, damit eine MCU mit einer DAC- oder GPIO-basierten R2R-Leiter einen Offset / eine Anpassung an die Rückkopplungsnetzwerkspannung vornehmen kann, um die Ausgangsspannung anzupassen digital (obwohl es eine analoge Schnittstelle gibt)

KyranF

R2 und R1 bilden den Rückkopplungsteiler für den VOSENSE-Pin. Sie würden im Grunde genommen diesen Knoten nehmen und das tun, was ich zuvor gesagt habe, indem Sie eine analoge Schaltung einfügen, um einen digitalen Offset über einen DAC zu ermöglichen

KyranF

Antworten:

Obwohl der absolute Wert des Widerstands eines digitalen Potentiometers um 30% variieren kann, ist die Übereinstimmung zwischen den internen Widerständen wirklich gut. Dies bedeutet, dass für einen Spannungsteiler (dh ein Potentiometer) die Genauigkeit der Spannungsteilung recht gut ist, da der Spannungsteilungsfaktor vollständig vom Verhältnis der verwendeten Widerstände abhängt und nicht von ihrem absoluten Wert.

Wenn Ihre Ausgangsspannung unter der maximalen Nennspannung des digitalen Potentiometers liegt , können Sie einfach ein digitales Potentiometer verwenden, um ohne Fanfare für das Rückkopplungsnetzwerk einzutreten. Die meisten digitalen Potis können nur 5,5 V aufnehmen, einige sind jedoch für wesentlich mehr ausgelegt.

Wenn Ihre Ausgangsspannung höher als die maximale Nennleistung des digitalen Potentiometers ist oder Sie eine Feineinstellung wünschen , können Sie das digitale Potentiometer mit externen Widerständen kombinieren, um einen zusammengesetzten Spannungsteiler zu bilden. Beachten Sie, dass dadurch die Absolutwertänderung des digitalen Potentiometers ins Spiel kommt. Es gibt Techniken, um diesen Fehler zu minimieren, wie hier beschrieben .

Wenn Sie digitale Potentiometer ganz vermeiden möchten , können Sie den Rückkopplungsteiler auch von einem D / A-Eingang empfangen lassen, wie hier gezeigt, indem Sie über einen D / A-Antrieb verfügen $V_{CTRL}$ ::

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Da die Rückkopplungsspannung $V_{FB}$ wird vom LTC3780 auf 0,8 V geregelt, die Ausgangsspannung wird geregelt auf:

V_{O} = (1 + \frac{R_{2}}{R_{1}}) 0.8 - \frac{R_{2}}{R_{3}} (V_{C T R L} - 0.8)

$V_O=\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)0.8-\frac{R_2}{R_3}(V_{CTRL}-0.8)$

Rahmen $V_{CTRL}$ bis 0,8 V bewirkt keine Änderung der Ausgangsspannung; zunehmend $V_{CTRL}$ bewirkt, dass die Ausgabe abfällt und abnimmt $V_{CTRL}$ bewirkt, dass es steigt.

Es sollte beachtet werden, dass Sie unabhängig davon, was Sie tun, den Regler sorgfältig prüfen und die Komponenten einstellen sollten ( $L$ , $C_{OUT}$ , $I_{TH}$ Netzwerk), um Stabilität unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Wenn Sie Zweifel haben, lehnen Sie sich hier an die konservative Seite.

Zulu-
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Dies ist eine sehr informative Antwort, danke! Welche Rolle spielt CFF bei der letzten Option? dient es zur Stabilisierung der Leistung? Und wenn ja, welchen Wert soll ich wählen, nehme ich etwas Kleines wie 470n mit einem ziemlich kleinen R3 an?

Piotr Sarnacki

@PiotrSarnacki,

C_{F F}

$C_{FF}$ ist ein Vorwärtskondensator. Sie können beispielsweise einen Wert von 1nF auswählen. Das Vorhandensein von

R_{3}

$R_3$ reduziert die Schleifenverstärkung, so dass Sie möchten

C_{F F}

$C_{FF}$ um die Schleifenverstärkung gegenüber dem Rückkopplungsteilungsverhältnis unveränderlich zu halten. Das heißt, Sie möchten es vielleicht auch nicht. Wie bereits erwähnt, sollten Sie die Stabilität des Reglers sorgfältig prüfen. Die Auswahl der Komponenten kann eine lange Frage (und Antwort) sein. Also ... du könntest gehen

C_{F F}

$C_{FF}$ nicht ausgefüllt, und fügen Sie es nur hinzu, wenn Sie feststellen, dass es benötigt wird.

Zulu

Ich habe mit der Schaltung der letzten Option in LTSpice gespielt und entweder verstehe ich das wirklich nicht oder ich mache etwas falsch. Das Problem ist, dass Vosense meines Wissens ein Eingangsstift ist. Die Vout-Spannung wird von der Buck / Boost-Schaltung auf der rechten Seite (MOSFETs usw.) gesteuert, und dann liest Vosense die durch den Spannungsteiler geteilte Ausgangsspannung und passt die Arbeitszyklen der MOSFETs entsprechend an. Es scheint, dass auf Ihrer Schaltung Vout mit Vout, Vfb mit Vosense und Vctrl mit uC verbunden ist. Wenn das stimmt, sehe ich nicht, wie das mit der richtigen Spannung an Vosense funktionieren würde.

Piotr Sarnacki

@PiotrSarnacki, du bist richtig:

V_{O U T}

$V_{OUT}$ verbindet sich mit

V_{O U T}

$V_{OUT}$ ,

V_{F B}

$V_{FB}$ verbindet sich mit

V_{O S E N S E}

$V_{OSENSE}$ , und

V_{C T R L}

$V_{CTRL}$ wird vom μC an einen D / A-Wandler angeschlossen. Und wie beschrieben wird die Ausgangsspannung sein

V_{O U T} = (1 + \frac{R_{2}}{R_{1}}) 0.8 - \frac{R_{2}}{R_{3}} (V_{C T R L} - 0.8)

$V_{OUT}=\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)0.8-\frac{R_2}{R_3}(V_{CTRL}-0.8)$ . "Wenn das stimmt, sehe ich nicht, wie das mit der richtigen Spannung an Vosense funktionieren würde." Was meinst du?

Zulu

@PiotrSarnacki, obwohl

V_{O S E N S E}

$V_{OSENSE}$ ist ein Eingang, es ist auf 0,8V "servoed". Sie können sich den Buck-Boost-Wandler als einen riesigen Leistungsverstärker vorstellen, an dessen [internen] nicht invertierenden Eingang eine [interne] 0,8-V-Referenz angeschlossen ist. Der Ausgang des Konverters (

V_{O U T}

$V_{OUT}$ ) wird zu allem gefahren, was für die invertierende Eingabe erforderlich ist (

V_{O S E N S E}

$V_{OSENSE}$ ), um seinem nichtinvertierenden Eingang zu entsprechen, der 0,8 V beträgt. Dies ist die Grundidee aller Steuerungssysteme. Wenn Sie also Berechnungen durchführen, können Sie einfach davon ausgehen, dass, sobald der Konverter den stationären Zustand erreicht hat,

V_{O S E N S E}

$V_{OSENSE}$ wird 0,8 V sein.

Zulu

Der einfachste Weg ist mit einem digitalen Topf, verwenden Sie ihn einfach im ratiometrischen Modus, dh als Potentiometer, nicht als Rheostat. Bei Verwendung als Potentiometer gilt die Bruttowiderstandstoleranz für beide Teile des Teils und spielt daher keine Rolle. Ein 6-Bit-Pot sollte in der Lage sein, einen Fehler von weniger als 0,5 lsb zu haben, obwohl die Widerstandstoleranz 20% betragen könnte, und sollte weniger als ~ 1 USD kosten (in den USA sowieso).

Alternativen wie das Hinzufügen von Verstärkern zum Einstellen der Referenz über die DAC-Steuerung sind machbar, aber viel komplizierter. Sie müssten wahrscheinlich 2 OpAmps hinzufügen, um die richtige Einstellung und Polarität zu erhalten.

gsills
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