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(2/4) Multiphase Step-Up Wandler - Boost Converter
#1
Da mit den kleinen "China-Modulen" leider nicht weiter als 10-20A kommt und die Komponenten dabei ordentlich beansprucht werden, "muss" etwas mit Multiphase her.

Linear hat, zu den von Ihnen bekannten "Apothekenpreisen", etwas interessantes im Angebot:

http://www.linear.com/product/LTC3784

http://www.linear.com/product/LTC3787

Simulationen für LTSpice sowie LTPowerCAD sind verfügbar.

Gebraucht wird das Ganze für den TPA3251 und den bald erhältlichen TPA3255.

Eingangsseitig ist vorgesehen:

12V Klassisch:
10.5-14.4V

8s Li-Ion:
20-33.6V

Ausgangsseitig:
36-50V

Last würde ich jetzt annehmen, ca. 50Wrms im Durchschnitt, Peak-Power, was der Chip hergibt. Stromlimit bei den TPA3251/55 ist 14A pro Kanal.

Für 12V Klassisch dürfen es wohl 4 Phasen sein, bei 8s Li-Ion reichen auch 2?

Für Vorschläge bin ich immer offen, Fragen kommen sicher auch von mir. Big Grin
 
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#2
Als Schalter hätte ich diese zur Auswahl:

STL20N6F7

BSC039N06NS

BSC100N06LS3GATMA1

FDMC86520DC

Ich habe mich daran orientiert, unter 30nC und 10mR zu bleiben.
 
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#3
Hmm, die Auswahl des passenden FETs ist doch ein erschöpfendes/umfangreiches Thema. Wie geht man da am besten vor? Geringes Qc ist ja nur die halbe Wahrheit. So kann, wie ich verstanden habe, höheres Qc verbunden niedrigerer Vth besser sein, als niedriges Qc mit höherer Vth.

Jemand nen Tip, wie das alles "leicht" in den Kopf geht?

Für den Anfang habe ich das:

https://www.vishay.com/docs/73217/an608a.pdf
 
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#4
Gib als Startparameter Gehäuseformat und Sperrspannung vor.
In diesem Fall z.B. D2pak und 60V.
10mR wäre auch schon ganz passabel.
Da Du einen StepUp bauen willst, ist mit induktiven Überspannungsspitzen zu rechnen.
Von daher ist ein gewisses Avalanche-rating sehr empfehlenswert. Meine diesbezügliche Erfahrung ist, dass PowerMOSFETs aus dem Hause Vishay mit auffällig kleinem avalanche-rating in der laufenden Serie ausgefallen sind, wogegen der Ersatz mit höherem avalanche ratings nie dumm aufgefallen ist.

Für mich ist Infineon, A&O, ST und Fairchild erste Wahl bei PowerMOSFETs

Wenn Dein Treiber 5V an das PowerMOSFET gate liefern kann, würde ich keinen 1,8V logic-level PowerMOSFET einsetzen, weil der Probleme beim einwandfreien Abschalten machen kann.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#5
In dem Bereich wäre mein erster Tip auch die OptiMOS-Serie.

Die neue 5er ist nochmal ein ganzes Stück besser als die "alten" 3er.

http://www.infineon.com/cms/de/product/p...49fd387efe

Wenn du mit der Schaltfrequenz niedrig bleiben willst, ich sag mal unterhalb 150kHz, wird das verlustoptimum vermutlich ziemlich auf den niederohmigsten FET mit der ausreichender Spannungsfestigkeit hinauslaufen. Den und den nächst-hochohmigeren würd ich für die erste Rechnung mal nehmen.
 
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#6
Ich würde erstmal die niedrigst vom Chip angebotene Frequenz nehmen, das sind 355kHz.
 
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#7
Bei den beiden von dir verlinkten stehen 75kHz und 50kHz?

Welchen hast du jetzt?
 
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#8
Die Teile sind pinkompatibel. Mit Minimal meine ich die Frequenz die er selbst einstellt, wenn FREQ auf GND ist.

Der 3787 kann zusätzlich noch "Pass-Through" wenn die Eingangsspannung >= der Ausgangsspannung ist. (OVMode)

Edit:

Soweit ich (nun) verstanden habe, hat PLLin Priorität. Der 'Slave' synchronisiert auf den Takt vom Master (CLKOut), FREQ auf GND (am Slave) hat da keinen Einfluss. Somit kann die Frequenz am Master mit einem Widerstand an FREQ bestimmt werden -> alles gut. Smile

Baugröße für das ganze Teil max 10x10cm, 10x5cm ist auch okay. Taktfrequenz also so hoch wie möglich/nötig. Der Verstärker läuft bei 600kHz.

Edit2:

Note:
BSC016N06NS
BSC034N06NS
BSC066N06NS

oder

BSZ042N06NS

Ich rechne mal mit dem:
BSC034N06NS

 
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#9
ich will jetzt nicht wieder rumeiern...aber warum step up??
nimm halt 1--4 lipo mehr, und du hast eh die richtige Spannung ohne jedes rumgedöns
und mit maximal möglicher Effizienz --100% vom Akku.
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#10
1-4 Zellen mehr, dann brauche ich einen 9-12s Lader, die gibt es nicht an jeder Ecke.

Ja, natürlich kann ich auch 2x6 Zellen nacheinander laden. klappe (Oder 3x4 um mit den 4s PCBs hin zu kommen)

Natürlich kann ich auch alle am Stück laden, mit passender Schutzschaltung UND Balancer. (Wo wir wieder beim anderen Problem wären) lachend

Wenn es danach geht, hätte der TPA3251 nie gebaut werden "müssen", genauso wenig der ADAU-DSP, gibt doch alles schon - und günstiger.

Ich hab so ein Teil noch nicht gebaut, schon garnicht in der Leistungsklasse. Eine richtige "Challenge/Knobelaufgabe" ist das ja heute nicht mehr, im Vergleich zu früher machen die Controller ja fast alles selbstständig.

Bzgl. max. möglicher Effizienz:

Zum einen kann der LTC3787 "Pass-Through", zum anderen ergibt sich bei bspw.
10 Zellen ein Spannungsbereich von 25-42V. (Nutzbar vllt. 30-41V)

Blöd gerechnet eine theoretische Spitzenleistungsdifferenz von

(41*41/4R) - (30*30/4R) = 195W

Oder anders gesehen

Nominal: 36V^2/4R /2 = 162Weff
Minimal: 30V^2/4R /2 = 112.5Weff
Maximal 41^2/4R /2 = 210Weff

Nicht sonderlich viel Differenz, doch für "Kick" brauche ich wohl Reserve.

Klassische Milchmädchenrechnung? ;88_wheee misstrau ;pop;corn;

Moderne "High-Cap-Zellen" wollen bis 2.5V entladen werden um sie maximal auszuknautschen.

Davon ab, der Einwand ist ( wie immer) berechtigt.

Meine Vorstellung ist auch, dass der Wandler hilft wenn "Leistung" abgefragt wird, sozusagen den "Sag" ausgleicht.
 
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#11
ok, wenn du es als "Spiel" siehst - das kann ich voll akzeptieren Tongue

aber - auch billige Lipos haben einige Ampere auf Lager, ehe der sag kommt - so what?
als Spiel -ok.
muss aber auch beachtet werden: wenn die Lipo einbrechen, darf der step-up NICHT ewig nachregeln, sondern der max. zulässige Strom der Lipos ist das Limit, an dem auch ein step-up stoppen muss.
somit: der step up "bringt" überhaupt (ausser der sportlichen Spiel-Herausforderung) nur etwas, wenn Akkus mit richtig Stoff verwendet werden, denn die müssen ja nun deutlich mehr Strom bringen, als im Vergleich die selben Akkus, nur ein paar mehr in Reihe, ohne step-up.

+ btw
der ADAU : nein gibt es nicht "billiger" : ich möchte (jaaa- habe ich ja noch nicht gesagt) was "ganz spezielles" damit machen: eine aktiven Weiche, deren HT Zweig mit einem FIR Filter korrigiert - theoretisch die perfekte Korrektur.
geht aber nur, wenn das Teil wirklich komplett "selbst" programmiert wird, die "billigen" Mini-DSP oder sowas scheiden somit aus Confused

ed
+ MIST: die Berechnung der benötigten FIR Koeffizienten muss ich wohl selbst programmieren .....aaahhhrrgg
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#12
Ja, geht doch mit dir. Big Grin

Zum Umstand, Li-Po nehme ich nicht, die sind nicht eigensicher. Li-Ion bitte gerne. Meine derzeitige Wahl, und auch vorhanden, sind

Panasonic NCR18650PF

Ein Kompromiss aus "Hochstrom-" und Hochkapazitätszelle.

Testdaten:
http://akkuplus.de/mediafiles//Datenblat...8650PF.pdf

Datenübersicht:
http://industrial.panasonic.com/cdbs/www...0CE240.pdf

Die Vorgängerzelle "PD", nutzt, meines Wissens nach, auch Tesla für deren Packs. Spezifiziert für 500 Zyklen (viele andere nennen für andere Zellen 300 Zyklen) Diese modernen (Panasonic) Zellen machen aber weit mehr, wenn man sie pflegt.

Dauerentladestrom 10A, gepulst 18-20A.

Durch "LiNiCoAl" sicherer als reine "LiCo" Zellen.

Im Verbund zu 8 Zellen ergibt sich ein

AC_IR: 8*21mR = 168mR
DC_IR: 8*43mR = 344mR

Zuzüglich Übergangswiderstände. Wie man leicht sieht, ist so ein 8s1p Pack noch nicht so optimal.

Gegenpart ist eine 12V 9Ah "deep-cycle" Zelle von Siga.

Allgemeine Serien-Spezifikationen:
http://www.siga-batterien.de/Datenblatt/...haeton.pdf

Datenblatt:
http://www.siga-batterien.de/Datenblatt/S9-12.pdf

DC_IR: 18mR

Maximaler Entladestrom (5s) ist mit 90A angegeben.

Wenn ich alles richtig verstanden habe, benötigt ein 350Wrms/eff Verstärker die doppelte Spitzenleistung, also 700W. Ich komme da immer wieder durcheinander.

Angenommener Wirkungsgrad sei 0.9, somit Eingangspitzenleistung ~780W. Übergangswiderstände vom Batteriepack zum Wandler großzügig mit 50mR angenommen.

Für
8s1p: 8*3.6V = 28.8V -> 780W/28.8V = 27A

Für
12V SLA = 1*11.8V -> 780W/11.8V = 66A

Da geht was.. Big Grin

Verluste wohl mit AC_IR gerechnet?:

8s1p: 168mR + 50mR = 218mR -> 27A^2 * 218mR = 158W
Spannungseinbruch am Wandlereingang: 268mR * 27A = 5.9V

SLA: 18mR + 50mR = 68mR -> 66A^2 * 68mR = 296W
Spannungseinbruch am Wandlereingang: 68mR * 27A = 4.49V

;88_wheee misstrau Weih

Einwände zur Rechnung? Kann man sicher (wieder mal) nicht so betrachten.

Motivation:









@ADAU

Soweit mir bekannt, kannst du SigmStudio mit einer Messung aus REV füttern und er errechnet dir dafür ein Korrekturprofil.
 
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#13
Zitat:@ADAU

Soweit mir bekannt, kannst du SigmStudio mit einer Messung aus REV füttern und er errechnet dir dafür ein Korrekturprofil.

jo, hab ich gesehen; kann aber nur biquad Filter bearbeiten;
ein FIR benötigt einen ganz anderen Ansatz:
Lspr muss im Nahfeld gemessen werden, dann der relevante Anteil von Frequenz und Phase herausgepickt werden, davon relativ zur Zielkurve die inverse Korrekur berechnet werden und daraus dann die FIR koeffizienten....das is nicht ganz banal.
(deswegen gibts das auch nirgends Confused )
was es gibt: brute-FIR , zb, macht sowas ähnliches, aber mehr zur gesamten Raumkorrektur - das will ich ja nicht (weil den "Raum" kann man sowieso nicht perfekt korrigieren, da sind die biquad Filter völlig ok)

+
Power - amp - ja: peak ist 2x eff.power
+ (wenn deine Rechnung stimmt, was ich mal annehme) man sieht, trotz mehr Ri liegen die LiPo besser bzgl der inneren Verluste;

genug LiPo bzw Li-Ion in Reihe sind optimal bzgl der Verluste, nur die absinkende Spannung / Leistung bei Entladung ist natürlich etwas unschön;
ist aber akustisch wohl nicht sooo tragisch, sind ja an Ende ca. 3 dB weniger max. Schalldruck.
optimal wäre wohl: amp läuft direkt an der Akuuspannung, ab einem Abfall von zb 10% kommt der stepup und hält die Spannung, bis die Akku leer sind...
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#14
Ja, das Problem ist einfach der Spannungseinbruch bei Lastabruf (Kick). Ich bin da von voltis Netzteil verwöhnt, das ist sehr "präzise" oder wie man es sagen soll.

Am jetzigen Step-Up wird es bei höheren Lautstärken unten herum etwas "ungenau", -> Clipping-LED flackert. Wenn die Spannung dann zu sehr einbricht schaltet der Verstärker in den Schutzmodus. (Überstrom)

Das hört man auch, der Treiber ist noch nicht am mech. Limit.

Bzgl. ADAU, da machen wir am anderen Thread weiter.
 
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#15
Hmm, mit dem BSC034N06NS komme ich auf recht hohe Ansteuerverluste, da geht ein älterer Optimos3 besser (mit höherem Rds und kleinerem nC).

[Bild: 59_LTC3787_schematic.png]

BSC034N06NS
[Bild: 109_BSC034N06NS.png]

BSZ067N06LS
[Bild: 5_BSZ067N06LS.png]

Betriebsparameter sind aber auch jenseits vom Anwendungsfall.  klappe

Anbei die Datei für LTPowerCADII.


Angehängte Dateien
.zip   LTC3787_8s_Li-Ion.zip (Größe: 2,44 KB / Downloads: 86)
 
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#16
Mit 4 Phasen entspannt sich die Situation.

[Bild: 14_BSZ067N06LS_4ph.png]
 
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#17
Zitat:Original geschrieben von christianw.
Hmm, mit dem BSC034N06NS komme ich auf recht hohe Ansteuerverluste, da geht ein älterer Optimos3 besser (mit höherem Rds und kleinerem nC).

Meine Aussage die 5er wären die besseren bezog sich auf den Vergleich von zwei Chips mit in etwa gleichem On-Widerstand.

Was du als Ansteuerverluste bezeichnest (der große rote Teil, vermute ich), sind die Schaltverluste beim einschalten des FETs.

Wenn du mit der Frequenz wirklich so hoch willst, dann sind natürlich kleinere Chips mit höherem Rds irgendwann im Vorteil.
 
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#18
Leider ist die Datenbank noch nicht auf aktuellem Stand, die neuen muss man händisch eintragen. Nimmt man dafür die die typischen oder Max-Werte? Bei den Ladungen ist das durchaus variabel.

Frequenz so hoch wie nötig, bei 4 Phasen sieht das Auagangsfilter ja die 4-fache Schaltfrquenz.
 
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#19
Kommt drauf an was relevant ist, grad...ich rechne gerne einen "sinnvollen" Worst Case, schlechteste Datenblattangabe bei der ungünstigsten Bedingung die auftreten kann, wie höchster Junctiontemperatur, niedrigster Gatespannung, ...
 
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#20
...das klingt so...negativ, irgenwie schon fast depressiv Tongue
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