Hallo Zusammen. Ich möchte einen 500W Batterie-Lader bauen und benötige einen 48V -> 40-12V Step-Down-Wandler mit großem Wirkungsgrad. Ich habe dies bereits mit einem einfachen Step-Down-Wandler umgesetzt, also N-Kanal + High-Side (Bootstap-)Schaltung und IR2125 als Treiber. Im Anhang ist die vewendete Schaltung, dort enthalten sind zusätzlich: eine Start-Up-Schaltung, eine Continous-Gate-Drive-Schaltung und Maßnahmen gegen negative Spannungen am VS-Pin des Drivers. Ich möchte nun das Ganze mit einen Synchronwandler realisieren, also die Schottky(D11) ersetzen durch einen weiteren FET (Halbbrücke). Dafür gibt es ja diverse Treiber, ich dachte z.B. an den IR2184. Da ich mit Synchronwandlern aber keine Erfahrung habe sind ein paar Fragen aufgetaucht: Besteht beim Synchron-Wandler als Akku-Lader auch das Start-Up-Problem wie beim einfachen Step-Up-Wandler ? Kann man es auf gleiche Weise beheben, also durch eine kleine Start-Up-Schaltung ? Kann man die Schaltung aus der AN-978 von IR für die kontinuierliche Gateansteuerung (ICM755 als Timer) problemlos auf die Halbbrücken-Topologie anwenden ? Besteht ebenfalls das Problem mit den negativen Spannungen an VS-Pin und kann man auch hier die beim einfachen Wandler üblichen Lösungsansätze verwenden ? Ich bin der Meinung, dass man diese drei Ansätze für den Synchronwandler 1:1 übernehmen kann, weil der Low-Side-MOSFET in diesem Fall ja nichts anderes als eine Diode ist, die extern geschaltet wird. Kann mir das jemand bestätigen, der mit sowas schon Erfahrung hat ?
Hi Felix! Mit StartUp meinst du den Bootstrap Treiber? Der einzige Stolperstein, der mir spontan einfällt, wäre die Überwachung des Laststrom. Bei einer Diode kommt es einfach zum Lücken des Stroms. Überbrückst du die Diode mit einem Mosfet kann der Laststrom die Richtung wechseln und du speist zurück. du musstest den mostet ausschalten, wenn du das nicht mochtest, da sonst der stromeffektivwert im teillastbereich größer wird als nötig und so der Wirkungsgrad für kleine Leistungen schneller gegen null geht als erwünscht... gruß Martin
Hallo Martin, Danke für den Hinweis. Kannst mir das evtl. genauer erläutern ? Nach meinem Verständnis sind bei einem Halbbrücken-Treiber die FETs doch antiparallel geschaltet, dh. der untere ist immer ausgeschaltet wenn der obere ON ist. Mit Start-Up meinte ich die Schaltung aus D9, R19 und D8. Das ist in der AN-978 erklärt. Wenn eine aktive Last am Wandler hängt, kann Der Bootstrap-Kondensator anfangs nicht laden, das übernimmt dann diese Schaltung.
Den StartUp Schaltkreis kannst du dir sparen. Du kannst den Bootstrap-Kondensator laden, in dem du den Low-Side Mosfet einschaltest. Dann sinkt das Source-Potenzial des HiSide Mosfets auf GND und der Kondensator wird über die Bootstrap Diode von VCC geladen. Ich versuche mal das andere Problem zu erläutern. Im "normalen" unidirektionalen Buck Converter kommt es im Teillastbereich zum lückenden Betriebsmodus. D.h. das die Induktivität die gespeicherte Energie in einem Schaltzyklus vollständig an die Last abgibt und der Strom dann Null wird. Da durch die Diode nur in einer Richtung Strom fließen kann, übernimmt die Diode die Spannung, und die Spannung, die über der Induktivität abfällt, wird Null. Wird der Mosfet eingeschaltet wird wieder etwas Energie in der Spule gespeichert und so weiter. Wenn du jetzt einen Halbbrückentreiber für die beiden Mosfets steuert und die beiden Schalter komplementär betreibst kommt es im Teillastbereich zu einem etwas anderen Verhalten. Da durch den eingeschalteten Mosfet in beide Richtungen Strom fließen kann übernimmt dieser keine Spannung, die Spannung über der Induktivität bleibt konstant und die Stromrichtung ändert sich- es wird Energie aus dem Ausgangskondensator entnommen und in der Spule gespeichert. Wenn du jetzt die Brücke umschaltest, wird die Energie an den Eingangskondensator abgegeben und erst anschließend wieder in der Induktivität gespeichert. Im schlimmsten Fall fließt also ein Strom in deinen Schaltern und der Spule obwohl keine Energie übertragen wird. Deswegen wird meist die Spannung des LoSide Mosfets überwacht. Ändert diese Ihr vorzeichen, wird der Mosfet ausgeschaltet. Synchronous Buck Treiber bieten oft die Möglichkeit das automatisch zu erledigen. Bei einem Halbbrücktreiber brauchst du einen, bei dem beide Schalter unabhängig geschaltet werden können und musst die Richtung des Stroms selbst bestimmen. Soweit verständlich? Gruß Martin
Danke für die gute Erklärung. Das hilft mir schonmal sehr weiter. Ich benötige also einen "High and Lowside" Treiber (mit zwei Eingängen) und eine Spannungsmessung am LowSide FET oder wahlweise einen "Synchronous Gate" Driver, der mir diese Messung abnimmt. Kannst Du mir von den letzteren evtl einen empfehlen, der diese Funktion bieten kann ? Ich habe spontan diese beiden gefunden: LTC4442 von Linear LM27222 von National Leider sind beide nicht für 48V ausgelegt. Sind die vom Prinzip her aber geeignet ? Eigentlich müsste man den neg. Strom doch auch an der Last messen können, oder ? Das ist nämlich ohnehin vorgesehen.
Ob die Messung des Lastroms ausreicht weiß ich nicht, da du noch einen Kondensator dazwischen hast und die Impedanz der Last nicht richtig kennst. Ich kenne keinen Synchronous Buck Treiber, der für 48 V geeignet ist. Wahrscheinlich da kein großes Interesse dafür besteht- bei so "großen" Spannungen fällt ein Volt Diodenflusspannung nicht so sehr ins Gewicht wie z.B. bei 3,3 V. Die größte Spannung, für die ich einen Chip kenne, ist 24V. Du kannst evtl. deine Schaltung unverändert lassen und die Diode nur durch einen Mosfet und einen IC wie z.B. den IR1167 ersetzen. Aber auch da musst du noch ein wenig nach ICs suchen, da für deine Schaltfrequenz der IC nicht unbedingt geeignet ist. Oder du baust die Funktionsweise diskret nach- dafür bräuchtest du dann einen LoSide Driver und einen Komparator für die Flussspannung. Gruß Martin
Also, vereinzelt gibt es schon welche, z.B. der LM5104 sieht ganz brauchbar aus. Ich hab mir mal Samples bestellt und werd das bei Gelegenheit mal aufbauen. Eingentlich müsste die Standardbeschaltung hierfür doch ausreichen, oder ? (Anhang) Der ursprüngliche Grund für die Überlegung war, die Schaltverluse so klein wie möglich zu halten sowie die Möglichkeit, die 48V zu 100% auf die Last zu schalten. Und eigentlich hast Du wohl recht, der Aufwand ist es am Ende wohl nicht wert, aber ich wollte die zwei Varianten bzgl. der Verluste mal vergleichen. Vielen dank nochmal für Deine Hilfe.
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