Comment construire un convertisseur abaisseur avec un microcontrôleur PIC


Sonne comme l'efficacité de 10%? Assez mauvais? Je ai pensé aussi. Je ai décidé de construire un circuit pour un convertisseur abaisseur contrôleur haute puissance ultra miniaturisé. Quand je dis à haute puissance je parle environ quatre canaux, chacun à 25 watts, le tout placé dans un "carré PCB premier conseil. Ce est assez de puissance emballé. Mon convertisseur abaisseur, conçu et construit à partir de zéro, fonctionnant à 85% de efficacité et génère pratiquement aucune chaleur au toucher à envoyer circuits de forte puissance (représenté dans cette démonstration comme une lampe halogène par exemple).

Buck convertisseurs moderne peut dépasser cette valeur et ne est pas tout à fait inhabituel pour un 90% à 95% du convertisseur abaisseur de tension pour être vu dans la nature. Je ai vu les 97% dans une feuille récemment. Cependant, pour construire votre propre circuit, si efficace, exige composant d'entrée très spécifique et petites longueurs de traces entre les parties. Il est presque impossible de le faire sans la fabrication de l'ensemble du circuit sur une seule puce de silicium. Ce est l'avantage d'acheter des convertisseurs abaisseurs monolithiques, même se ils sont plus chers.




L'un des traits saillants de mon projet emploie est construit dans le courantomètre haute précision interne, en utilisant tâtons pour une efficacité d'étalonnage automatique!

L'image ci-dessus illustre les quatre chiffres, affichage à 7 segments utilisé sur mon circuit. Je utilise le PIC18F2525, qui est probablement mon préféré microcontrôleur 8 bits, mais n'a pas beaucoup de broches d'E/O. Donc, je ai pour multiplexer écran, ce qui a bien fonctionné avec ma haute luminosité écran vert. Le nombre est lu de haut en bas, ce est de gauche à droite, sur la photo. Actuellement, il est dit, 0620 milliampères (0,62 ampères), qui se réfère à la quantité d'énergie consommée dans l'étage de sortie du convertisseur abaisseur.

Pour lire la consommation de courant, je envoie la puissance de sortie à travers un 0.047ohm - Résistance 2 watts, qui affecte presque rien. Ensuite, je mesure la tension aux bornes de cette résistance, qui est proche de zéro. Au lieu de lire directement avec l'une des lignes de la CAN du microcontrôleur, je l'envoie à un ampli-op pour l'amplification. Ainsi, la sortie est introduit dans le microcontrôleur, et un facteur de multiplication simple est utilisé pour régler la température lue du courant de consommation électrique. Je ai soutenu ces lectures avec une grande précision multimètre. Il fonctionne bien sur toute la gamme!

Le microcontrôleur lit également la tension de sortie du convertisseur abaisseur de tension, d'une manière similaire. Multipliant tension et le courant ensemble, la puissance (en watts) est immédiatement déterminée. Ensuite, je fais tout simplement la même chose pour la puissance d'entrée de ligne au circuit, y compris la puissance utilisée pour conduire le microcontrôleur et l'op-ampère eux-mêmes, et de déterminer la puissance absorbée totale. L'installation complète nécessite un total de quatre lignes de ADC, qui a heureusement, le PIC18F2525.

Maintenant ... car l'efficacité est essentiellement la puissance de sortie (Pout) divisée par la puissance d'entrée (Pin), détermine l'efficacité en tant que pourcentage: Eff = Pout/Pin * 100, ce qui pour mon circuit est de 85% . Bien sûr, pour obtenir cette haute Je ai passé jour de tuning, le calcul, recalibrer, refonte, la recherche théorique, jusqu'à la fin, je ai fait ici!

Que la lumière soit

Le convertisseur abaisseur semble avoir aucun problème de la conduite un halogène de 25 watts. Cette ampoule devient trop chaud pour se approcher trop près, mais le MOSFET, inductance et une diode de commutation, sont tous frais au toucher. En fait, je ne peux même pas dire si elles sont plus chaudes que la main ambiante. Pour le calcul, cependant, doit être d'environ 5 à 10 degrés Celsius plus chaude que la température ambiante.

Mon circuit final doit avoir quatre circuits indépendants tous potentiellement une charge de 25 watts. Ce est très important lorsque l'espace est limité, et le contrôle de puissance est élevé, d'avoir d'excellents rendements.

Auto Calibration

Bien qu'un certain nombre de formules et beaucoup de fond théorie électrique serait de calculer les valeurs de composants »qui produiraient la plus grande efficacité, ce qui arrive lorsque les situations changent dynamiquement? Dans mon exemple, le circuit doit être en mesure de prendre une entrée de toute tension de 3,6 à 25 volts. Pour compliquer les choses, la charge de sortie (LED, ampoule, etc.) peut être choisie arbitrairement. Si le circuit a le pouvoir de conduire, donc il a besoin de conduire! Et ... il a besoin de le faire avec commande à courant constant et la protection de surcharge.

Pour atteindre le courant constant, Je ai mis en place un dispositif de commande intégral proportionnel, qui se adapte automatiquement pour maintenir la luminosité en ajustant le rapport cyclique PWM, sur la base du courant de sortie, mesurée par l'ADC. Le circuit est plus de 10 000 fois par seconde! En outre, le circuit effectue ce que je appelle, «expériences». Ce sont des choses que vous venez de le faire, afin de maximiser l'efficacité. Vous essayez de changer la fréquence PWM commutation de la minuterie MOSFET, et ce, à accroître l'efficacité de l'auto-mesure. Puis, avec quelques algorithmes de programmation génétique et une touche d'intelligence, le logiciel évolue pour approcher un maximum d'efficacité.

FINAL: Peu importe ce que la tension d'entrée, quelle que soit la charge de sortie, le circuit va se adapter, rester au frais, sauver la vie de la batterie, et le contrôle de beaucoup de puissance!

Maintenant, je ai juste à construire plus de ces 3 et cram dans un carré "PCB 1! Au moins son double-face et six couches!

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