µC gesteuerter Aufwärtswandler 12V->50V 1A

[Greg S. (greg_xy)]

Hallo!

ich möchte für ein akkubetriebenes Projekt ein Ladegerät bauen um einen 
LiIonen Akku zu laden(12S). Der Akku hat eine Ladeschlussspannung von 
50,4V und da das Laden von einer Autobatterie möglich sein soll brauche 
ich einen Aufwärtswandler.
Von Atmel habe ich eine Beschreibung und Quellcode für ein Ladegerät für 
kleinere Akkupacks(AVR450; Battery Charger for SLA, NiCd, NiMH,
and Li-Ion, batteries). Ich hatte gehofft den dort verwendeten 
microcontroller-gesteuerten Abwärtswandler durch einen Aufwärtswandler 
zu ersetzen.
Leider habe ich keine Literatur zu dem Thema und nachdem ich jetzt 
diverse Online-Vorlesungen und Artikel gewälzt habe hab ich die 
Hoffnung, dass mir vielleicht hier jemand weiterhelfen kann.

Zusammengefasste Anforderungen:
- Eingangsspannung 10V - 14V
- Ausgangsspannung 30V - 55 V
- Ausgangsstrom 30mA - 1A

Ich habe vor den Aufwärtswandler kontinuierlich zu betreiben. Ist das 
sinnvoll? Um am Ende des Ladevorgangs nicht in den diskontinuierlichen 
Betrieb zu rutschen muss die Induktivität sehr groß(und sehr teuer) 
sein. Ist es problematisch wenn der Aufwärtswandler in den 
diskontinuierlichen Betrieb übergeht? Schließlich wird die 
Ausgangsspannung ja vom µC geregelt und steigt nicht ins 
Unermessliche...

Welche PWM Frequenz sollte gewählt werden? Beim kontinuierlichen Betrieb 
habe ich im Moment die sehr hohe Frequenz 500kHz gewählt damit die 
Induktivität nicht exorbitant groß sein muss. Ist das mit einem ATMega48 
bei 20MHz Taktfrequenz machbar? Kann ich noch eine sinnvolle 
Effizienz(>70%) erreichen wenn das Gate des Mosfets durch einen 
Bipolartransistor angesteuert wird?

Um die Kosten der Induktivität zu umgehen habe ich überlegt eins der 
vielen PC-Netzteile die ich rumfahren habe auzuschlachten. Für welche 
Frequenzen sind die Induktivitäten darin geeignet? Habe ich eine Chance 
da eine passende zu finden?

Kann mir jemand weiterhelfen? Hat vielleicht schon jemand einen 
DCDC-Wandler mit ähnlichen Dimensionen ausgelegt?

Die Induktivität habe ich übrigens mit Hilfe dieser Seite ausgelegt: 
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/aww_smps.html

Gruß, greg

[nochwas (Gast)]

Ich wuerde eine niedere Frequenz waehlen, um hinreichhend Aufloesung zu 
bekommen. zB 16MHz an 8 bit PWM bedeutet 60kHz oder so. Spulen sind 
immer bezahlbar, ich wuerd mir's nicht antun andere Geraete 
auszuschlachten.
Wenn der kontinuierliche Betrieb wichtig ist, wuerde ich eher mit einem 
Trafo arbeiten, der hat erst noch einen hoeheren Wirkungsgrad. Dh eine 
Pushpull Endstufe mit einem 4.5:1 Trafo hinten dran

[Max D. (max_d)]

Ich würde mir vlt. für den Anfang in Fernost (Hobbyking würde mir so 
spontan einfallen) ein fertiges Ladegerät holen. In vielen ist ein AVR 
drinne, dann hat man eine fertige HW-Basis....
Welcher µC drinne ist verrät oft Tante google

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Greg Sagichnich schrieb:
> Welche PWM Frequenz sollte gewählt werden? Beim kontinuierlichen Betrieb
> habe ich im Moment die sehr hohe Frequenz 500kHz gewählt damit die
> Induktivität nicht exorbitant groß sein muss. Ist das mit einem ATMega48
> bei 20MHz Taktfrequenz machbar? Kann ich noch eine sinnvolle
> Effizienz(>70%) erreichen wenn das Gate des Mosfets durch einen
> Bipolartransistor angesteuert wird?
Ganz ohne Arroganz: wenn du solche Fragen stellst, dann solltest du das 
erste Design nicht gleich in dieser Leistungsklasse spielen lassen. Du 
wirst sonst bei einem Stepup viele Mosfets brauchen, denn es ist keine 
Kleinigkeit, einen ausreichend schnellen Regler in Software zu 
implementieren!

> Zusammengefasste Anforderungen:
> - Eingangsspannung 10V - 14V
> - Ausgangsspannung 30V - 55 V
> - Ausgangsstrom 30mA - 1A
Gib das doch einfach mal bei der TI Webbench ein...
Da kommt dann schon mal raus, was bei sinnvollem Layout auch tut.

[Greg S. (greg_xy)]

Danke für die Antworten.

nochwas schrieb:
> Ich wuerde eine niedere Frequenz waehlen, um hinreichhend Aufloesung zu
> bekommen. zB 16MHz an 8 bit PWM bedeutet 60kHz oder so. Spulen sind
> immer bezahlbar, ich wuerd mir's nicht antun andere Geraete
> auszuschlachten.
> Wenn der kontinuierliche Betrieb wichtig ist, wuerde ich eher mit einem
> Trafo arbeiten, der hat erst noch einen hoeheren Wirkungsgrad. Dh eine
> Pushpull Endstufe mit einem 4.5:1 Trafo hinten dran

Stimmt, eine so hohe Frequenz mit ausreichender Auflösung scheint wohl 
mit dem ATMega48 nicht möglich...Danke für den Hinweis.
Ich bin ein armer Student und mehr als 10€ für eine Spule auszugeben 
heißt gerade eine Woche hungern ;)

Der kontinuierliche Betrieb ist mir übrigens nicht wichtig. Es fiel mir 
nur leichter für den kontinuierlichen Fall auszulegen. Wenn sich jetzt 
herausstellt, dass ich damit nicht weiter komme muss ich meine 
bisherigen Überlegungen wohl über den Haufen werfen und entweder für den 
diskontinuierlichen Betrieb auslegen(macht das Sinn?) oder auf eine 
Pushpull-Endstufe umsteigen. Leider habe ich von beidem nicht viel 
Ahnung und müsste mich erstmal einlesen.

Max D. schrieb:
> Ich würde mir vlt. für den Anfang in Fernost (Hobbyking würde mir so
> spontan einfallen) ein fertiges Ladegerät holen. In vielen ist ein AVR
> drinne, dann hat man eine fertige HW-Basis....
> Welcher µC drinne ist verrät oft Tante google

Bei Hobbyking nachzuschauen hab ich garnicht dran gedacht. Leider hab 
ich da kein Ladegerät für mehr als 10 Zellen gefunden (und die für 10S 
waren schon sehr teuer). Gibt es ein fertiges Ladegerät für 12 Zellen, 
das weniger als 30€ kostet?

Lothar Miller schrieb:
> Greg Sagichnich schrieb:
>> Welche PWM Frequenz sollte gewählt werden? Beim kontinuierlichen Betrieb
>> habe ich im Moment die sehr hohe Frequenz 500kHz gewählt damit die
>> Induktivität nicht exorbitant groß sein muss. Ist das mit einem ATMega48
>> bei 20MHz Taktfrequenz machbar?...
> Ganz ohne Arroganz: wenn du solche Fragen stellst, dann solltest du das
> erste Design nicht gleich in dieser Leistungsklasse spielen lassen. Du
> wirst sonst bei einem Stepup viele Mosfets brauchen, denn es ist keine
> Kleinigkeit, einen ausreichend schnellen Regler in Software zu
> implementieren!
Ambition ist der Feind des Erfolgs, ich weiß ;) Ich hatte eigentlich vor 
nur das HW-PWM mit der hohen Frequenz laufen zu lassen und den Regler 
mit einer geringeren Frequenz, macht das keinen Sinn? Ich hatte gehofft 
wenn sich die Last nur langsam verändert, reicht es aus nicht jeden 
PWM-Zyklus ein neues Tastverhältnis zu berechnen.
Inzwischen weiß ich dass mein µC eine so hohe Frequenz bei ausreichender 
Auflösung nicht schafft, also muss ich wohl entweder meine Pläne über 
den Haufen werfen oder eine rießige Spule kaufen/wickeln.

Lothar Miller schrieb:
> ..TI Webbench..
Ich hab die TI Webbench mal bemüht. Ich hab meine Anforderungen und 2 
Lasten eingetragen. Zum einen 50V bei 1A (Maximale Leistung. beim 
Übergang von Constant Current zu Constant Voltage) und Ladeschluss bei 
50V und 30mA. Er hat mir dann eine Lösung angeboten: Den TPS43060 
betrieben bei 500kHz.
Leider ist der Schaltplan so klein, dass die Bauteilwerte kaum zu 
erkennen sind. Kann man den irgendwie größer machen?
Wenn ich den LM5022 oder den TPS43060 verwende stelle ich die jeweils 
auf Ladeschlussspannung und die Strombegrenzung auf den maximalen 
Ladestrom ein und überlasse den Rest der Logik auf den Chips? Das wäre 
dann zwar eine verpasste Chance zum Software entwickeln aber sicher 
deutlich einfacher...Oder lassen die sich in irgendeiner Weiße von einem 
µC steuern?

Gruß, greg