Měnič z Li-Ion aku 3,7V na 12V/50W (přejmenováno)

[jura80]

Právě jsem objednal Schottkyho diody MBR2545, takže by měla účinnost stoupnout na asi tak 80% při 12V/50W a napájecím napětí 3,35V (na tolik to klesne na nabitým akumulátorku při plné zátěži). Taky jsem trochu poupravil plošňák- rozlila se měď, aby tam byly menší ss odpory. Přece jen, ve špičkách jsou tam proudy kolem 35A, takže, při tak nízkým napájecím napětí, udělá každé miliOhm hroznou paseku. Nevím, jestli by stálo za úvahu vinout tlumivky z ještě tlustějšího drátu? Asi ne, musel by se objednávat další drát za další prachy, hmm...

Jinak by mě zajímalo, kde se ztácí těch dalších 8% energie... Vypínání MOSFETů by mělo dělat tak 1 až 2%, zapínání asi 1% (při max. výkonu). Leda tak mě ještě napadají ztráty vířivýma proudama v kovových součástkách u tlumivek (jsou tam poblíž elektrolyty). A je fakt, že leccos taky udělá ESR elektrolytů, na výstupu tak 0,5 až 1%... Taky se při měření účinnosti měřilo střední napětí na aku. Správně by se měl měřit přímo výkon, co dává akumulátorek do měniče. Ale to už je nad moje možnosti...

[Habesan]

Nebyl by třífázový měnič stabilnější ???

Další level po vymýšlení vlastního obvodu, je vymýšlení vlastního integrovaného obvodu.

[jura80]

Pokud je tam malá střída, (dlouho akumuluje elektřinu z aku, pak ji rychle vyplivne do zátěže, poměr vstupního a výstupního napětí přes 3 a k tomu různý úbytky), stejně by se to pak nepřekrývalo.

Jinak u dvoufáze s výhodou využijes kladnou a zápornou půlvlnu řídícího oscilátoru (střída se reguluje podle trojúhelníku na časovacím kondenzátoru v bobu polaritách zhruba stejně). Dovedu si ale představit čtyřfázu, přidaný dvě dvojce komparátorů by si hlídaly "okýnko" v trojúhelníku, každá to svoje (páč jsou tam dvě za jednu periodu). Nebylo už by tam ale hrozně moc tlumivek, diod, MOSFETů?

Každopádně, když už je to navržený a nazkoušený, je pozdě špekulovat. Možná někdy jindy, třeba na výkonnější měnič, třeba na Li- Fe.

Teď se ale spíš věnuju pohonu polární osy montáže EQ-1, ať se můžu pustit do focení se svým velmi skromným vybavením. Taky je to bez procesoru, jen OZ (4 čtyřnásobný ) a komparátory (1 čtyřnásobný). Pohonem je tenhle motorek:

http://www.ebay.com/itm/15BY-2-Phase-4- ... Swn8FXSAd7¨

A ještě bylo potřeba přihodit wozubený kolečko:

http://www.conrad.cz/celni-ozubene-kolo ... al.k237884

Právě jsu ve fázi zkoušení funkčnosti na bastldesce. Až to bude, pošlu do světa schéma a PCB. Vzhledem k mýmu zdravotnímu stavu a dalším potřebným činnostem netuším, kdy to bude.

[jura80]

No jo, co se může podělat, se taky podělá. V pondělí došly plošňáčky z Číny, tak jsem to pěkně osadil a hups, nic nefunguje jak má. Tak si s tím hraju a pořád nevím, kde je problém. Tak trochu je to nad moje síly. Prototyp fungoval bezvadně, jen malinko jsem teda pozměnil layout a skoro všechno funguje tak trochu blbě nebo aspoň divně. Zdá se mně, že hlavně v rámci jednoho 4x komparátoru LM2901. Že by parazitní kapacity? Místo propojek jsou na top straně spoje 0,5mm široký...

Posílám fotky PCB.

EDIT1: Doufám, že nikomu nevadí, že si tady povedu monolog. Líp se tak uspořádávají myšlenky. Netuším proč, ale to je zkušenost, která funguje.

První problém se nakonec podařilo vodhalit- až teda tehdy, když jsem všechno vyloučil a zaměřil se na parazitní kapacity (popř. indukčnosti), a to i u nevýkonových částí. Dovolil jsem si vedle vstupu komparátoru vést buzení gate mosfetíku RK7002, asi 1,5cm. Spíná to tam dost rychle a komplet to rozhodí hysterezu komparátoru. Vyřeším na vzorku, pozměním layout a uvidí se dál.

EDIT2: Pomalu zlepšuju zapojení a optimalizuju návrh PCB a zkouším to na vzorku (dokonce zkouším i pozměněný návrh PCB, ale jen kde nemusím příliš proškrabávat spoje a příliš drátovat). Hodlám to všechno dostat na vyšší úroveň, než na jaké byl první prototyp, kde jsem si lecčehos nepříliš ideálního původně ani nevšiml. Zatím vyřešen ten RK7002- několikanásobně.

1. RK7002 se budí přes RC filtr, pomalejší sepnutí ničemu nevadí.
2. Protože má na kolektoru navěšený gate jinčího RK7002, kde jsou sice
menší rychlosti přeběhu, ale taky by mohly rušit (o trochu míň), vedou se
spoje jinudy
3. A dokonce se, ještě kvůli dalšímu rušení od výkonových stupňů, "posílil"
odporový dělič hystereze komparátoru kapacitním děličem, co má malý vliv
na rychlost komparátoru (68p+ 22n).
4. Do stejnýho bodu jsem ještě lokálně bloknul (jinak blokovaný ještě u "zdroje") referenční napětí.

Další úkol: na jednom místě zakmitává celá výkonová "zem". Myslím, že to dělá velká parazitní indukčnost jednoho výkonovýho spoje. Původně, na prvním prototypu, se vedl vzduchem, propojkou, takže neměl paralelně skoro žádnou kapacitu a nemohl zajímavěji zakmitávat. Řídícím obvodům to zakmitávání nevadí, ani výkonovým, páč jsou uzeměný docela logicky. Jenže jeden z MOSFETů je uzeměný do kritičtějšího bodu. Tak se na to brzy podíváme.

[jura80]

Tak jsem to všechno podchytill. Jednak jsem kompletně předělal návrh PCB, a jednak, kde to strašilo rušením, jsem to poupravil (zodolnil proti rušení) aji elektricky. Za pár dnů objednám u Seedstudia další várku plošňáků, tentokrát tam napanelizuju ještě druhou, osvědčenou konstrukcu jedním vrzem, takže kdyby měnič nebyl úplně to pravý, nebude to tolik bolet. Ale mělo by to fungovat, snažil jsem se snížit parazitní indukčnosti na minimum, některý parazitní kapacity jsem využil k lepšímu filtrování, jiný jsem potlačil... Uvidíme... Budu čekat, že to nemusí fungovat, aby jsem pak nebyl zase naexkrementován a zklamán.

Stejně je brutální, že první prototyp tak slušně fungoval, ale jak se z propojek udělaly prokovy+ top vrstva, začalo se to hned chovat pološíleně.

Prokovy jsem musel dát z praktických důvodů pod elektrolyty.

[jura80]

Někdo si slaví Silvestr a new year, já radši napůl zklidňuju svou čtyřnohou přítelkyni a napůl měřím nový prototyp měniče. Před vánocema na to hraní došly PCB z Číny, teda ještě kromě PCB na nedávno dobastlený pohon montáže EQ-1. Inu, tentokrát jsu spokojeným, měnič šlape jak hodinky, nádherně pravidelný chod, cyklus jako cyklus, jak jsem si původně představoval. Všechno funguje naprosto bezproblémově, ba přímo učebnicově. Viz fotka a průběhy napětí na hradlech výkonových MOSFETů při různých nastaveních časovky. Ten THT kondenzátor na fotce není vychytávka, spíš jsem poslal bratrance pro 68p kondenzátor 0805 a on donesl 680p, takže jsem místo SMD musel použít šuplíkovýho THT. Od 5W nahoru má měnič účinnost kolem 80% (opět platí, že se to fakt blbě měří).

Tak snad už jen vadí jedna věc, a sice, že ty zákmity při vypnutí jednoho MOSFETu vždycky vypnou i druhý MOSFET, pokud se teda sepnutí překrývají (není to případ na obrázcích). Takže má měnič výkon jen asi 40W místo navrhovaných >50W. Zákmity mají kmitočet několik desítek MHz- rezonance parazitních kapacit a indukčností- ale co inicializuje vypnutí, je skok při vypnutí sousedního MOSFETu. Tohle když vychytám, tak budu mít vynikající měnič se 100% bezhlučným provozem. (Tuhle kdykoli jsu nahoře v bastlkoutku, piští mě tam hnusně do uší zdrojík k routeru od internetu- fuj- a to má jen pár Wattů- a tohle můj měnič dělat nebude a ne-e.)

[jura80]

Takže jsem se do toho zase vrhnul, že to dorazím. Stačilo jen odstranit 🤐 chybu na layoutu, které jsem si mohl všimnout, kurňa, dřív, než jsem to zadal do výroby. Vzájemně se kříží řízení budičů MOSFETů, tak proto jeden budič rušil druhé a vopačně. Naštěstí se to dá snadno upravit na hotových deskách. Snad si jen postesknu, že jsem měnič navrhoval na 50W s nějakou rezervou, která ale nebyla dost velká, takže ve výsledku v praxi dává ne >50W, ale spíš typicky 50W. I tak ale spokojenost velká. Schéma, konečná podoba, k nakouknutí v příloze.

V brzké době ještě přeměřím parametry.

[jura80]

Naměřený parametry:

-Výstupní výkon: typicky 50W při napájecím napětí na svorkách měniče 3,7V
-Klidový odběr: 80mA při 4,0V
-Max. proudový odběr: kolem 20A
-Minimální napětí pro start měniče 3,50V
-Napětí pro odpojení měniče (podpěťová ochrana aku před podvybitím): 3,05V
-Pracovní kmitočet (viz graf, záměrně napěťově závislý): 50kHz
-Změna výstupního napětí při napájecím napětí 3,1V až 4,3V: jeden dílek digitálního multimetru, tj. 10mV
-Čas potřebný pro start měniče: asi 30s při napájení 4,0V
-Účinnost (viz graf): cca 80% v rozsahu výstupních výkonů 5W až 50W
-Rozsah provozních teplot: -20°C až +60°C
-Zvlnění (rozsah -10°C až +60°C, plný výkon, měřeno přes dolní propust 10MHz): mělo by být lepší než 0,2V pp, viz oscilogramy
- Rozsah napájecích napětí 3,1V až 4,25V
- Výstupní napětí 12V±15% (viz graf)
- Rozměry plošňáku 114,5 x 65

Vlastnosti:

- ochrana před trvalým zkratem a přetížením
- dokonalá bezhlučnost
- šuplíkové součástky, vzduchové DIY tlumivky
- podpěťová ochrana akumulátoru cca 3,05V

[Victronix]

Pěkně. Ale ten start 30s je asi úklep ne?

[jura80]

Není. Původně jsem měnič uvažoval k napájení astro- dalekohledu, kde je minuta sem, minuta tam, celkem šumák. Jsou tam na výstupu velký kapacity a chvilku zabere, než se to pomocným měničem nabije. Nic ale nebrání to v příští verzi zrychlit. Ani by to nebylo složitý, pomohlo by:

1. Nahradit T17 MOSFETem s malým Ugsth a zvýšit R31 na např. 150k.
2. Snížit kapacitu výstupního filtru na asi pětinu. Kondenzátory jsem volil jak jsem volil kvůli tomu, že jsou to v mých šuplíkách (pro ten účel vhodný) kusy s nejmenším ESR a největší zatížitelností. Ten ESR je tam hodně kritická záležitost.

Pak by to mělo startovat během jednotek sekund.

[microlan]

Zdarec, pěkná práce. Jen se chci zeptat, a neber to nijak zle, proč jsi jen nezapojil 3 články do serie?

[jura80]

Ahoj,

no, u sériové sady je celková kapacita vždycky závislá na nejslabším článku. Přitom při používání se to časem docela rozjíždí, páč ten nejslabší článek se vždycky nejhlouběji vybíjí. Nedávno jsem třeba tuhle vybral články z 4S sady u notebooku a co kus to worigoš. U p řazení by měla podle mě bét sitauca podstatně lepší, pokud mají články přibližně stejný vnitřní odpory (nemíchají se jabka a hrušky).

U sériovky je nakonec taky potřeba elektronika, co hlídá články zvlášť. Pokud by se pořídily články s elektronikou uvnitř článku, tak tam jsou zase jinčí nevýhody, takže těm elektronickým aku nefandím.

Pokud stojím o stabilní napětí na výstupu, stejně pořebuju k séroivce zase přidat stabilizátor nebo měnič. Spousta (astro)věcí je dělaných na napájení 12V Pb aku, takže pod já nevím 10,5V, odmítají spolupracovat.

Další věc je, že u ?P sady si určuju kapacitu tím, kolik do ní nacpu článků. Někdy stačí jeden, někdy pět. Pokud by jsem měl 3(4)S?P, musel by jsem vždycky přidávat po třech nebo čtyřech článcích.

...Mně zkrátka přišlo bét lepčím se vrhnout do návrhu univerzál měniče... ...Mimochodem, docela zajímavá prácička...

[microlan]

No to je pravda, že paralelní řazení má své výhody. Chystám si bateku 4x4 články pro napájení TS440, kterou chci umístit místo neobsazeného AT uvnitř skříňky. Tam by ale spínaný zdroj dělal trochu problém s rušením a navíc 16V tam nevadí, takže bez ztrát ve stabilizaci. Už mám veškerou bižuterii, jen čekám na články.

[jura80]

Jo, jo, je to vo preferencích a případ wod případu jinčí. Já jsem chtěl něco s flexibilní kapacitou a váhou a z šuplíkovýho materiálu. A taky se maximálně pobavit a co víc, udělat si základ případně pro další vývoj a zlepšování (možná). Dřív nebo později se taky pustím k využití zapojení pro DIY elektrostartku. To protože ty komerční jsou neskutečně nespolehlivý krámy a aby toho nebylo málo, tak ani zdaleka nemají ty parametry, co mít mají (třeba step- up měniče ve Vamo V5 dávají 6V/3W místo 6V/>15W).

Ještě dodám, že ten můj měnič nedává 12V±15%, to byl fakt překlep, správně má bét 12V±7% (kvůli toleranci zenerky 10V±5% a poklesu při zátěži). Větší stabilita pro napáječ už netřeba.

[microlan]

Kolik Ti zůstává na sepnutým D-S T11, T15 při plným výkonu?