Consejos sobre la etapa Buck-Boost

En uno de mis circuitos, el voltaje variable entrante (8.5-24 V CC) de la fuente se incrementará primero a 17 V usando un convertidor elevador. Luego, la misma salida se reducirá a diferentes voltajes para accionar motores PMDC:

  1. Motor: 15,5 V, consumo de corriente 1,25 A

  2. Motor: 11V, consumo de corriente 800ma

    Las siguientes opciones están disponibles:

(1). Suministro de refuerzo único seguido de dos reguladores reductores.

(2). Dos suministros boost seguidos de sus respectivos reguladores buck.

(3). Suministro de impulso único seguido de un regulador reductor único que se reduce a 15,5 V, y luego seguido por el otro regulador lineal que se reduce a 11 V para accionar el segundo motor.

La caída de voltaje de 17 V a 15,5 V es inevitable debido al diodo y otras pérdidas. Teniendo en cuenta el costo y la durabilidad, ¿qué opción es la mejor?

La opción 3 desperdicia mucha energía generando calor en el registro lineal. Trate de usar solo lineales para circuitos de señal; son bastante ineficientes para todas las corrientes excepto para las más pequeñas (y caídas de voltaje), y su precisión/estabilidad es bastante innecesaria para accionar un motor.
¿Qué pasa con las otras opciones? ¿Cuál elegir?
Utilice LTM8055.... Voltaje de salida presentable nominal de 8,5 amperios totalmente integrado. No es un dispositivo barato pero excelente en términos de eficiencia y confiabilidad.
Generalmente, el n. ° 1 costará menos, pero 1 o 2 son opciones completamente válidas
¿Ha considerado usar una topología de convertidor flyback o forward? De esa manera, podría subir o bajar el voltaje de entrada en una sola etapa y producir ambos voltajes de suministro al mismo tiempo usando secundarios separados. ¿Podría hacer funcionar el motor de 11 V con 15,5 V? Si limita el ciclo de trabajo PWM del controlador a un máximo del 71 %, el voltaje efectivo del motor no superará los 11 V.
¿Cómo un convertidor elevador le dará 17 V desde una entrada de 24 V? ¿Ha considerado simplemente usar un par de convertidores SEPIC?
Otro enfoque es un convertidor de 8,5-24 V CC a 15,5 V a alrededor de 2 A. Este es más complicado debido al rango de entrada (no puede ser un impulso directo como alguien ya mencionó). Luego, un dólar de 15,5 V a 11 V a 0,8 A. Este es relativamente simple, eficiente y barato.
@AdamHaun No es necesario; los convertidores reductores se encargan de reducirlo. En la topología que mencionó, el convertidor elevador simplemente tiene que asegurarse de que su voltaje de salida sea de al menos 17 V, de modo que los reductores tengan suficiente voltaje de entrada para impulsar las salidas de 15 V, 5 y 11 V.
@rioraxe, su convertidor de 8.5-24VDC a 15.5VDC no necesita ser "más complicado" como menciona. Si la inversión de polaridad es aceptable, entonces un convertidor reductor-elevador simple funcionará bien, ya que toma un voltaje de entrada y luego lo baja o lo sube, en una topología de un solo inductor.

Respuestas (1)

Usar convertidores en "cascada" es una pérdida de energía. Una solución sencilla es utilizar un único convertidor independiente para cada motor. De esta manera, resuelve el problema señalado por @AdamHaun en los comentarios. Como su rango de suministro de energía puede ser menor o mayor que los voltajes de salida deseados, necesita un convertidor con capacidades de aumento y reducción.

Algunas topologías no aisladas pueden lograr esto: "Non Inverting Buck-Boost", "SEPIC" o "Inverse of SEPIC". Si está de acuerdo con los voltajes negativos, puede usar también "Buck-Boost" o "Ćuk".

Otra ventaja de usar convertidores separados es que puede diseñar un solo convertidor (y construirlo dos veces), ya que las especificaciones no son muy diferentes entre los dos en su aplicación, esto le ahorra dinero y tiempo. Incluso otra ventaja es que si un convertidor falla, el otro puede funcionar bien.

Los convertidores aislados como los sugeridos por @jms son deseables si necesita aislamiento eléctrico. Pero si no lo necesita, es mejor evitar esos convertidores ya que su diseño es más complicado. También hay pérdidas de potencia en el transformador.

El hecho de que los convertidores basados ​​en transformadores puedan aislarse no lo obliga a hacerlo. Sin aislamiento, no son ni más difíciles de diseñar ni más complejos. Diría que, por ejemplo, un SEPIC es considerablemente más difícil de implementar que un convertidor flyback no aislado y que la mayoría de los circuitos integrados de convertidor elevador impulsarán un convertidor flyback sin problemas. La única desventaja real es la necesidad de elegir o diseñar a medida un transformador. Con respecto a las pérdidas, las mismas pérdidas de potencia (magnetización, resistencia de devanado, corrientes de Foucault) también se encuentran en los inductores.
Sí, los transformadores están sujetos a los mismos fenómenos físicos que los inductores. De hecho, los transformadores pueden verse como inductores que comparten flujo magnético, por lo que tienen las mismas pérdidas que los inductores más las pérdidas por acoplamiento magnético. Por lo tanto, tienden a tener más pérdidas en comparación con solo los inductores.
El único efecto que afecta a un transformador pero no a un inductor es la inductancia de fuga. La inductancia de fuga no causa una "pérdida de acoplamiento magnético" per se, ya que la energía almacenada en la inductancia de fuga no se pierde inherentemente y puede recuperarse. Un flyback tiende a ser menos eficiente que un SEPIC con relaciones de conversión bajas por un montón de razones , pero las "pérdidas de acoplamiento magnético" no son el factor decisivo, siendo las pérdidas de conmutación (en el transistor y el diodo) mucho más importantes.
Su enlace no funciona sin suscripción. ¿Es igual a este ? "El recuento de componentes es similar para los dos diseños, pero el flyback tiene la desventaja de requerir amortiguadores". Creo que @Akash obtuvo toda la ayuda que necesitaba en primer lugar.
Es el mismo artículo. Olvidó que necesitaría dos SEPIC en esta aplicación VS un solo convertidor flyback, ese era el objetivo de mi recomendación. La ingeniería se trata de compensaciones, y la eficiencia es una consideración, no la consideración. Cuánto peso tiene una eficiencia reducida del 3% y una regulación ligeramente peor en comparación con tener el doble del área de la placa y un costo de componente más alto depende de OP, no de usted.
Es posible tener múltiples salidas cuando se usan convertidores flyback/forward. Esa es información útil para @Akash
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