Maximización de la eficiencia en el convertidor elevador síncrono

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El objetivo es diseñar un convertidor elevador síncrono utilizando un microcontrolador ATMega 2560 de conmutación a 31,25 kHz.

La señal PWM de 5 V se alimenta desde el microcontrolador al controlador de lado alto y bajo ( IR2101 ).

Mi salida actual es de aproximadamente 15 A como máximo y leí en alguna parte que, idealmente, la corriente del diodo debería limitarse a 7 A como máximo para evitar la disipación de alta potencia.

Me gustaría minimizar la disipación de energía a través del diodo y maximizar la eficiencia.

Intenté encender el interruptor del lado alto sin señal de puerta de la señal PWM del lado bajo.

El mosfet del lado alto se enciende cuando el lado bajo está apagado, pero el voltaje permanece en 4 voltios y no aumenta.

¿Cúal podría ser la causa de este problema?

Es mucho más fácil usar un diodo que implementar un interruptor lateral alto y todos sus complejos circuitos.
Mi salida actual es de aproximadamente 15 A como máximo y leí en alguna parte que, idealmente, la corriente del diodo debería limitarse a 7 A como máximo para evitar la disipación de alta potencia. Me gustaría minimizar la disipación de energía a través del diodo y maximizar la eficiencia.
Si va a tener una corriente de salida de aproximadamente 15 A, entonces quiere una buena respuesta, una buena respuesta requiere una buena pregunta, su pregunta debe mejorarse un poco, como, ¿de dónde viene el PWM? ¿Es directamente del ATMEGA 2560? ¿Está apagando correctamente el transistor del lado bajo antes de encender el alto y luego apagando correctamente el alto antes de encender el bajo? - Estás sentado en toda la información, comparte todo lo que quieras, cuanto más compartas, mejor respuesta recibirás. - No agregue más información en los comentarios, edite su pregunta en su lugar.
Una pregunta que tenía: ¿cómo se asegura de que la N alta y la baja no se superpongan al mismo tiempo? ¿El generador ATMega PWM hace esto? De lo contrario, tal vez agregue un circuito que no se superponga para garantizar que esto no ocurra, es decir, algo que inserte un tiempo muerto en el cambio.

Respuestas (4)

Está tratando de usar un MOSFET de canal N como un interruptor de lado alto. Eso no va a funcionar sin un controlador de compuerta especial que incluya un circuito de refuerzo.

Además, lo entendiste al revés: ¡piensa en qué dirección apunta el diodo del cuerpo!

Probablemente debería usar un dispositivo de canal P en M2, pero incluso entonces, debe hacer que su puerta se active en relación con su fuente, que es el voltaje de salida, no el voltaje de entrada.

Usé un controlador de lado alto y bajo en mi simulación para cambiar los mosfets
Entonces necesitas mostrar eso en tu pregunta. ¡No puedo responder algo que en realidad no preguntaste!
Los N-FET tienen Rds (activados) más bajos en un paquete determinado, por lo que la mayoría de las personas que realizan trabajos de alta potencia se toman la molestia de usarlos en el lado alto en lugar de p-FET a pesar de la polarización especial necesaria para elevar V (gs) lo suficientemente alto como para hacerlos funcionar.
Y dice que está usando el IR2101, que hace el impulso.

Todos los medios puentes que usan NFET duales deben usar PWM solo necesario en el lado bajo con tapa en serie a la abrazadera de diodo Vdd para crear un voltaje de refuerzo> 2Vgs (th) por encima de Vdd para impulsar el voltaje de puerta del lado alto.

El lado alto se puede controlar de forma independiente para, por ejemplo, una conversión Boost / Buck con una carga inductiva almacenando + o -ve energía de corriente inductiva.

  • el diodo de abrazadera solo conduce cuando el lado bajo se apaga después de cargar los capacitores en serie, luego el lado alto levanta el capacitor para polarizar hacia adelante el diodo de abrazadera. Debe haber algunos xxx ps o ~1us de tiempo muerto dependiendo de la reactancia si Load L/R=Tau tiempo de caída y apagado tiempo de recuperación de los interruptores que a menudo se acelera con un diodo de derivación a través de la resistencia de puerta entre LO y la puerta lateral baja.

No puedes usar M2 así. Los MOSFET tienen un diodo de cuerpo antiparalelo y el suyo está invertido y conduce libremente. También necesita un controlador de puerta de lado alto.

No hay nada intrínsecamente malo en usar un n-FET en el lado alto (y es la solución preferida ya que los n-FETS generalmente tienen Rds (encendidos) más bajos para un tamaño determinado), pero observe el diodo del cuerpo (lo tiene al revés en su diseño ). Además, para controlar el FET de lado alto, necesita un controlador de compuerta de lado alto con arranque para hacer un Vgs lo suficientemente alto como para encender FET M2. (Eh, dije 'alto' tres veces. Debo tener algo en mente...) Veo que lo has hecho con el IR2101, así que estás a mitad de camino.

De todos modos, habiendo abordado esos problemas, aquí hay una idea: eche un vistazo a los circuitos de controlador de refuerzo y refuerzo que usan n-FET que entregan corrientes en su rango objetivo. Sí, está implementando solo la parte de refuerzo de buck-boost, pero al menos obtendrá una idea de la selección de componentes y la topología del circuito.

Ejemplo de potenciador-reductor: https://www.analog.com/en/products/lt8708.html#product-overview

Y... Ejemplo de impulso de sincronización que también tiene una desconexión de entrada, algo que su circuito podría usar: https://www.monolithicpower.com/en/mp9184a.html

Una cosa más: algunos de los diseños muestran un diodo Schottky en paralelo con el FET de lado alto, probablemente para acelerar el tiempo de conmutación general.

Otra, otra cosa: ¿está asegurando un tiempo muerto (sin superposición) en su unidad PWM entre el lado alto y el bajo para evitar disparos?

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