Βοήθεια για σχεδιασμός SMPS με τη χρήση 555 για PWM

[midakos]

Καλησπέρα παιδιά, και χρόνια πολλά σε όλους και ειδικά στους εορτάζοντες! Μακάρι το 2016 να σας φέρει τα πράγματα όπως τα θέλετε!!

Στο θέμα μας λοιπόν:

Πρόκειτε για μια εργασία που βάλανε στα Ηλεκτρονικά Ισχύος στους ηλεκτρολόγους (προαιρετική) που αφορά τη σχεδίαση και υλοποίηση ενός buck converter με χρήση του 555 για pwm. Δυστυχώς εγώ δεν το έχω το μάθημα, καθώς αναμένω την ορκομοσία μου!

Λοιπόν, τα δεδομένα είναι τα εξής:
Vin = 18VDC
Vout = 5-14VDC
Vout Ripple <2%
Iout Ripple =<30%

Αρχικά να πω πως με μπέρδεψε αρκετά το γεγονός ότι θέλει μεταβλητή τάση (όχι ότι είχα ξανασχεδιάσει έστω και με σταθερή)
Βλέπετε όταν το είχα εγώ το μάθημα ήταν απλώς θεωρητικό, και στο εργαστήριο κάναμε μόνο τις ασκήσεις του μαθήματος που δεν περιλαμβάνανε dc-dc converters.

Όπως και να χει, έψαξα και βρήκα ένα ωραίο manual της microchip, αυτό, και έκανα τους υπολογισμούς για πηνίο και πυκνωτή εξόδου, αρχικά για 5V και έπειτα για 14V (ελάχιστη και μέγιστη τάση)

Έτσι, βρήκα:
5V: C=10,71uF
L=600,17uH
14V: C=30,04uF
L=185uH

Να αναφέρω πως αυτά τα νούμερα τα υπολόγισα με βάση συχνότητα 40kHz, καθώς στις σμειώσεις του καθηγητή διάβασα ότι οι τυπικές συχνότητες είναι 20-50kHz, γιατί μεγάλες συχνότητες οδηγούν σε μεγάλες διακοπτικές απώλειες.

schematic.png
Αυτό είναι το ενδεικτικό κύκλωμα που δίνει η άσκηση, με την συνδεσμολογία του 555 και την σύνδεση του με το MOSFET

Δοκίμασα να το σχεδιάσω και προσομοιώσω στο psim αλλά για κάποιο λόγο μου βγάζει συνέχεια error όταν πάω να κάνω simulation.

Αρχικά θα ήθελα όποιος μπορεί να μου πει την άποψη του για τους υπολογισμούς, και έπειτα αν έχετε κάποιο πρόγραμμα να δοκιμάσω (δοκίμασα multisim και μου βγάζει error για το timestep ότι είναι πολύ μικρό, το μεγαλώνω και πάλι τα ίδια)

Αυτά και συγνώμη αν σας κούρασα!

[arkoudiaris]

Τους υπολογισμούς πως τους έκανες χωρίς ρεύμα εξόδου ή μέγιστη ισχύς εξόδου?

Για το κύκλωμα δεν υπάρχει περίπτωση να μην παίζει σε καποιο απο τα δύο. Έχεις ένα βασικό λάθος όμως που έγκειται κ η οποια δυσκολία σε buck converter, η αναφορα του 555 θα πρεπει να είναι ίδια με αυτή του source του mosfet. Αλλά ακόμα κ να αλλάξεις την γειωση του 555 κ να την κανεις ιδια με αυτη του s του mosfet παλι δεν θα δουλεψει, γιατι θα χεις float ταση για το 555.

Επομένως πρεπει να μας πεις αν η μονη τροφοδοσία που θα χεις θα ναι αυτη των 18v!!!. Η ιδέα πρεπει να ειναι 555 και έπειτα ενας optocoupler και ενας driver.

Κάτι ακόμη, για το 555 θα έπρεπε να δεις αν μπορει να κανει hard switching (δλδ το ρευμα εξόδου του ) σε σχέση με το τι φορτιο θελει η πύλη του mosfet να φορτιστει πλήρως.

[firewalker]

Μπορεί το 555 να βγάλει Dutty Cycle από ~25% μέχρι ~80%;

Για εξομoίωση δες το LTspice.

[midakos]

Τους υπολογισμούς πως τους έκανες χωρίς ρεύμα εξόδου ή μέγιστη ισχύς εξόδου?

Για το κύκλωμα δεν υπάρχει περίπτωση να μην παίζει σε καποιο απο τα δύο. Έχεις ένα βασικό λάθος όμως που έγκειται κ η οποια δυσκολία σε buck converter, η αναφορα του 555 θα πρεπει να είναι ίδια με αυτή του source του mosfet. Αλλά ακόμα κ να αλλάξεις την γειωση του 555 κ να την κανεις ιδια με αυτη του s του mosfet παλι δεν θα δουλεψει, γιατι θα χεις float ταση για το 555.


Επομένως πρεπει να μας πεις αν η μονη τροφοδοσία που θα χεις θα ναι αυτη των 18v!!!. Η ιδέα πρεπει να ειναι 555 και έπειτα ενας optocoupler και ενας driver.

Κάτι ακόμη, για το 555 θα έπρεπε να δεις αν μπορει να κανει hard switching (δλδ το ρευμα εξόδου του ) σε σχέση με το τι φορτιο θελει η πύλη του mosfet να φορτιστει πλήρως.

Νίκο έχεις δίκιο, είναι δικό μου το λάθος. Ξέχασα να αναφέρω πως το φορτίο θα είναι σταθερά 10Ω ωμικό, οπότε για ρεύμα εξόδου πήρα 14/10 στη μέγιστη τάση και 5/10 στην ελάχιστη. Παράλειψη μου που δεν το ανέφερα.
Η μόνη τροφοδοσία θα είναι αυτή των 18V, κάτι που μπερδεύει ακόμη περισσότερο τη σκέψη μου, καθώς το 555 έχει μέγιστη τάση λειτουργίας τα 15V.

[midakos]

Μπορεί το 555 να βγάλει Dutty Cycle από ~25% μέχρι ~80%;

Για εξομoίωση δες το LTspice.

Αλέξανδρε, ένα πράγμα που με μπερδεύει επίσης είναι αυτό που λες. Το 555 το κατάφερα να βγάλει και 25% και 80%, αλλά με διαφορετικές συνδεσμολογίες, δηλαδή για 80% πήρα το σχηματικό με το διαιρέτη τάσης που τροφοδοτεί το discharge, ενώ για το 25% έβαλα παράλληλα στην αντίσταση Rb μια δίοδο η οποία απ ότι κατάλαβα κάνει bypass την Rb. Το θέμα είναι πως θα συνδυαστούν αυτά τα 2 μαζί

[firewalker]

Πρέπει να φτιάξεις κάτι όπως το παρακάτω. Και πάλι όμως δεν είμαι σίγουρος για το duty cycle του 555 (τα όρια του). Ίσως με συνδυασμό 2 555 μπορείς να έχει μεγαλύτερα όρια στο DT.Παίζοντας με το ποτενσιόμετρο από 1% μέχρι 99% πήρα 6 έως 12 volts στην έξοδο του buck. Η συχνότητα του 555 είναι γύρο στα 43 kHz.

yDUg9jp.png

R56PXWp.png

9erhwRP.png

[SProg]

Σε τετοια διακοπτικα συστηματα εχεις ελαχιστο και μεγιστο κυκλο εργασιας.Ελαχιστο γυρω στο 10% και μεγιστο γυρω στα 90% για να προστετευεις και τον Converter.


Η τιμη πυκνωτη ειναι οριακη.
Η τιμη πηνιου ειναι πολυ μικρη.


Θα εχει μεγαλο ripple και στο ρευμα και στην ταση.Ενδεικτικες τιμες ειναι 330uF+ και 300+uH.Σε παρομοιο κυκλωμα με μΕ χρησιμοποιησα 470uF και 1.5mH.Και ακομα υπαρχει ενα μικρο ripple οσο αυξανα το φορτιο και χρησιμοποιουσα και ελεγκτες (PID και State Feedback).



Καλα για τα 43kHZ ουτε μια στο εκατομμυριο.Απο 16-20kHz πηγαινεις, οχι μονο γιατι παραπανω αντι για παλμο στο Gate θα βλεπεις κατα σαν τριγωνικο αλλα δεν εχει και νοημα.Λιγο πανω απο την ακουστικη και τελος.Εαν δε ειναι απλη εργασια και οχι πτυχιακη..βαλτο στα 5kHz.


Οι τιμες πηνιων/πυκνωτων που αναφερω ειναι για 20kHz.H συχνοτητα switching επηρεαζει το ripple αρα και τις τιμες αυτες.


Calculator:

http://www.daycounter.com/Calculator...lculator.phtml

(Οι τιμες που σου βγαζει ειναι οι ελαχιστες.)

[midakos]

Καταρχήν, θέλω να σας ευχαριστήσω που ασχολείστε με το θέμα μου, και με βοηθάτε με την επίλυση του.

Σε τετοια διακοπτικα συστηματα εχεις ελαχιστο και μεγιστο κυκλο εργασιας.Ελαχιστο γυρω στο 10% και μεγιστο γυρω στα 90% για να προστετευεις και τον Converter.


Η τιμη πυκνωτη ειναι οριακη.
Η τιμη πηνιου ειναι πολυ μικρη.


Θα εχει μεγαλο ripple και στο ρευμα και στην ταση.Ενδεικτικες τιμες ειναι 330uF+ και 300+uH.Σε παρομοιο κυκλωμα με μΕ χρησιμοποιησα 470uF και 1.5mH.Και ακομα υπαρχει ενα μικρο ripple οσο αυξανα το φορτιο και χρησιμοποιουσα και ελεγκτες (PID και State Feedback).



Καλα για τα 43kHZ ουτε μια στο εκατομμυριο.Απο 16-20kHz πηγαινεις, οχι μονο γιατι παραπανω αντι για παλμο στο Gate θα βλεπεις κατα σαν τριγωνικο αλλα δεν εχει και νοημα.Λιγο πανω απο την ακουστικη και τελος.Εαν δε ειναι απλη εργασια και οχι πτυχιακη..βαλτο στα 5kHz.


Οι τιμες πηνιων/πυκνωτων που αναφερω ειναι για 20kHz.H συχνοτητα switching επηρεαζει το ripple αρα και τις τιμες αυτες.


Calculator:

http://www.daycounter.com/Calculator...lculator.phtml

(Οι τιμες που σου βγαζει ειναι οι ελαχιστες.)

Σάββα, οι τιμές που ανέφερα είναι οι ελάχιστες βάση των τύπων που βρήκα στο pdf που παρέθεσα. Απ ότι είδα και στο δικό τους παράδειγμα, ποτέ δεν βάζανε αυτές τις τιμές αλλά πάντα μεγαλύτερες, ειδικά στους πυκνωτές εξόδου που τους ενδιέφερε κυρίως το esr του πυκνωτή.

Πήγα σε μια συχνότητα των 40kHz, γιατί από τη μία διάβασα στις σημειώσεις του καθηγητή για μικρές συχνότητες (μέχρι 50kHz), αλλά από την άλλη είδα το παράδειγμα στο pdf με τα 400kHz, οπότε είπα να είμαι στα όρια των σημειώσεων αλλά σχετικά ψηλά για να είμαι πιο κοντά στου παραδείγματος.

Για το 555 αναφέρεις για duty cycle 10-90%, άρα λογικά θα πρέπει να με καλύπτει με βάση το ελάχιστο και μέγιστο για τις τάσεις εξόδου, σωστά?

Πρέπει να φτιάξεις κάτι όπως το παρακάτω. Και πάλι όμως δεν είμαι σίγουρος για το duty cycle του 555 (τα όρια του). Ίσως με συνδυασμό 2 555 μπορείς να έχει μεγαλύτερα όρια στο DT.Παίζοντας με το ποτενσιόμετρο από 1% μέχρι 99% πήρα 6 έως 12 volts στην έξοδο του buck. Η συχνότητα του 555 είναι γύρο στα 43 kHz.

yDUg9jp.png

R56PXWp.png

9erhwRP.png

Αλέξανδρε πολύ ωραίο το σχηματικό, και αρκετά πιο σύνθετο από το βασικό που αναφέρει ο καθηγητής. Το θέμα είναι ότι αυτοί θέλουν τη βασική συνδεσμολογία, και θέλω να δω αν θα μπορέσει να βγεί με βάση το κύκλωμα που δίνουν αυτοί (με διαφορετικές τιμές των υλικών εννοείται). Πάντως σ' ευχαριστώ για το σχηματικό σου, και το έχω αποθηκεύσει γιατί ποτέ δεν ξές πότε θα μου χρειαστεί!


Συγνώμη αν σας έχω κουράσει, απλώς είναι η πρώτη φορά που ασχολούμαι με κάποιο τέτοιο κύκλωμα (και η αλήθεια είναι τα απεφεύγα κιόλας), καθώς τα κλασσικά γραμμικά (τύπου 317) με κάλυπταν μέχρι τώρα.

[SProg]

Τα διακοπτικα συστηματα συνηθως θελουν πανω απο την ακουστικη συχνοτητα.Επισης η συχνοτητα switching ειναι συνηθως ιδια με την συχνοτητα εκτελεσης του ελεγκτη.


Πανω απο 25kHz θελεις λεπτομερη και ειδικη σχεδιαση.Δοκιμασε με 40kHz στο κυκλωμα που ανεβασαν και θα καταλαβεις.

[midakos]

Σχεδίασα το κύκλωμα στο LTSpice μπας και μπορέσω να κάνω προσομοίωση, αλλά δεν μπορώ να επεξεργαστώ τις τιμές του P-Mosfet, ενώ μπαίνω στο μενού του κανονικά με δεξί κλικ, δεν μπορώ να γράψω κάτι (ο κέρσορας αναβοσβήνει κανονικά, αλλά είναι σαν να μην πατάω κανένα πλήκτρο).

Έχετε κάποια ιδέα μήπως μπορέσω να πάρω κάποια μέτρηση?