Bidirektionaler Buck-Boost-Wandler

7

Ich versuche einen bidirektionalen Buck-Boost-Wandler zu bauen. Die Eingabe sollte zwischen 9-12 und die Ausgabe 12 sein. Kann jemand eine gute Topologie empfehlen, um zu folgen. Ich habe auch einige konzeptionelle Fragen. Wenn jemand gute Topologien empfehlen kann, um zusammen mit einem guten Chip zu folgen, würde ich das wirklich schätzen.

  1. Sind alle Buckboost-Wandler bidirektional?
  2. Benötige ich noch Transistoren für die Schalter? Oder übernimmt der Chip das Umschalten für mich?
rauchig
quelle
1
Können Sie erklären, was Sie unter bidirektional verstehen? Buck-Boost bedeutet, dass der Schaltungsblock die Spannung nach Bedarf nach oben oder unten schalten kann, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erhalten. Ist es das, was Sie als "bidirektional" bezeichnen?
Anindo Ghosh
2
Was ich damit gemeint habe ist, dass der Strom in die Quelle hinein und aus dieser heraus fließen kann. Dieser Buck-Boost wird verwendet, um den Strom von der Batterie zum Netz zu steuern und die Batterie zu laden und zu entladen.
Smokey
1
+1 für jemanden namens Smokey, der eine Elektronikfrage stellt.
Kenny

Antworten:

5

Sind alle Buckboost-Wandler bidirektional?

Ein nicht synchroner Schaltwandler verwendet eine Diode für einen der Schalter. Ein solcher Wandler überträgt typischerweise Energie nur in eine Richtung. (Gibt es dafür einen besseren Begriff als "nicht synchroner Schaltwandler"?)

Ein Synchronschaltwandler ersetzt jede dieser Dioden durch einen aktiv gesteuerten FET. Solche Wandler sind von Natur aus bidirektional und normalerweise effizienter als nicht synchrone Wandler.

Benötige ich noch Transistoren für die Schalter? Oder übernimmt der Chip das Umschalten für mich?

Wenn Sie nur etwa 1 Ampere Eingangs- oder Ausgangsstrom benötigen, stehen mehrere Schaltregler-ICs mit internen Transistoren zur Verfügung, die das gesamte Schalten für Sie übernehmen. Sie können sich beispielsweise das Datenblatt LM2587T-12 in Abbildung 13 ansehen , in dem gezeigt wird, wie dieser Chip verwendet wird, um einen geregelten 12-V-Ausgang von einem Eingang im Bereich von 8 bis 16 V zu erzeugen. (Leider ist er nicht synchron und überträgt Energie nur in eine Richtung).

Wenn Sie höhere Ströme benötigen, müssen Sie für die Schalter externe diskrete FET-Transistoren verwenden. Die typische Schaltung ist auf der ersten Seite des ADP1873-Datenblattes dargestellt , das einen synchronen (und daher bidirektionalen) 10-Ampere-Schaltwandler zeigt.

empfehlen gute Topologien

Einige Tipps wurden unter http://opencircuits.com/Switching_regulator gesammelt .

Davidcary
quelle
4

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Einfacher unidirektionaler Buck-Boost ohne Resonanzkappen mit "Supercaps".

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bidirektionaler Buck-Boost mit Resonanzkappen an jedem Schalter. (Effizientere, aber komplexere Totzeitkommutierungssteuerung)

Stellen Sie sich ein regeneratives Bremsauto in dieser Anordnung mit der Batteriespannung auf der einen Seite und dem Motor / Generator auf der anderen Seite und der Anforderung vor, den Motor in einer intelligenten Phasensteuerung zu beschleunigen und zu bremsen (der Einfachheit halber nicht gezeigt). (Es können viele parallele MOSFETs vorhanden sein, um den Ron-Wert zu verringern.)

... oder ein Dual-Source-Netzteil, das links Ladegerät und rechts Akku sein kann. Dies sind einige der patentierten und lizenzierten Wellenformen, die zur Regulierung der Resonanzschaltkommutierung der hocheffizienten Buck-Boost-Regler verwendet werden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie können das Patent für Betriebstheorie lesen. Dies soll nur Ihren Appetit auf die Komplexität eines bidirektionalen Buck Boost-Reglerschalters befeuchten. Die Spannungs- und Stromerfassung ist ein wichtiger Aspekt zur Optimierung der Kommutierungsdauer, wenn der Spannungsabfall des Schalters minimal ist. Resonanzschalter Kondensatoren und Dioden während des Freilaufs spielen eine wichtige Rolle bei der Kommutierung, um sie verlustfrei zu machen.

Diese Diagramme zeigen den Ein-Zustand jedes Transistors mit dem dicken Balken, nicht die Spannung oder den Strom. Jede Phase wird sorgfältig gemäß dem Zustand von V1-V2 und dem Leistungsbedarf gesteuert. Der optimale Bereich beträgt typischerweise 1: 1 bis <2: 1 für das Spannungsverhältnis der größeren Seite.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
quelle
Wenn ein idealisiertes Verhalten für die Komponenten (einschließlich perfektes Schalten ohne Totzeit) und eine Frequenz angenommen wird, die im Verhältnis zu Spannungen und Induktivität ausreichend hoch ist, verhält sich die im Schema gezeigte Schaltung wie ein Vier-Quadranten-Leistungswandler, so dass das Verhältnis Die Spannung ist proportional zum Verhältnis der Arbeitszyklen. In mancher Hinsicht ist es einfacher, die verallgemeinerte Schaltung zu verstehen als Nur-Buck- oder Nur-Boost-Konfigurationen.
Supercat
1
Das in dieser Antwort erwähnte Patent US5734258A ist heute abgelaufen!
user60561
Beachten Sie, dass dieselbe Schaltungstopologie verwendet werden kann, um Energie für aktive Li-Ionen-String-Zell-Balancer mit höherer Fehlanpassung zu speichern, wodurch passive Balancer im CV-Modus mit reduziertem Bypass-Strom auf niedrige Leistung begrenzt werden. FWIW @ user60561
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
@ SunnyskyguyEE75 Ich verstehe nicht ganz, was du sagst. Beschreiben Sie die Verwendung einer Instanz der Schaltung für jede Zelle oder etwas anderes?
user60561
Ja kaskadierte 1 pro Zelle
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75