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(2/4) Multiphase Step-Up Wandler - Boost Converter
#21
Ich habe jetzt verschiedene Konfigurationen durchrechnen lassen,

Auslegung dabei auf maximalen Schaltstrom des Verstärkers + ~10%.

Am Beispiel des TPA3251, 2x15A bei 37V.

Um nicht alles einzeln hochzuladen, im Anhang alle die Konfigurationen als LTPowerCAD-Datei und Übersicht als PDF.

Ein paar Fragen dazu:

Muss/Sollte man das Teil auf 100+% auslegen, oder "reicht" auch weniger.

Wie wählt man die "Loop Gain" Bandbreite?


Angehängte Dateien
.zip   LTPowerCAD_LTC3787.zip (Größe: 1,8 MB / Downloads: 123)
 
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#22
Letzteres bezieht auch folgendes Bild:

[Bild: 169_compensation.png]

Ist dieser Tricher bei ca. 6.3kHz ein Problem?

Ändert sich ja alles mit Spannung/Strom und den Werten der Kompensation.
 
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#23
Zitat:Original geschrieben von christianw.
Muss/Sollte man das Teil auf 100+% auslegen, oder "reicht" auch weniger.

Die Verluste (thermisch) würde ich Richtung abgerufener RMS-Leistung plus Sicherheitsmarge nehmen. Die Peak-Leistung muss halt erbracht werden, zwecks Current Limit und so...

Zitat:Original geschrieben von christianw.
Wie wählt man die "Loop Gain" Bandbreite?

So hoch wie möglich, ohne dass im ungünstigsten Zustand (vermutlich höchste Eingangsspannung, schlechtester Elko am Ausgang, ...) die Phasenreserve noch > 45 Grad bleibt.
 
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#24
Anderseits sollte Ft < f(pwmclk)/5 bleiben
Gute Werte sind also einige 10kHz.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#25
Hmm, schlechtester Zustand ist wohl bei kleinster Eingangsspannung und maximalem Ausgangstrom?
 
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#26
im Sinne von maximalem Bauteilestress würde ich sagen: Ja!
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#27
Je nach Kontrollstruktur.

Ich hab die ICs nicht angesehen, wenn es aber Boost im Voltage Mode sind, ist bei höchster Eingangsspannung der Plant-Gain am höchsten, also die Gefahr der Instabilität am größten.

Wenns Peak-Current Mode-Controller sind ists wieder anders, kann ich grad nichts sagen, dazu.

(Edit: Nach dem Blockdiagramm machen sie Current Mode. Dann musst dus ausprobieren...oder jemand anderes weiß wo der schlechteste Zustand davon liegt.)
 
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#28
Zur Schleifenstabilität:
Beim peak-current mode ist der "plant gain" unabhängig von der Eingangsspannung, daraus folgt die inhärente Ausregelung von Eingangsspannungsschwankungen innerhalb eines Zyklus.
Der Hang zur Instabilität wächst
-mit kleinerer Ausgangskapazität
-größerem Ausgangs-ESR
-geringerer Last
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#29
Hmm, da muss ich wohl noch was lesen. lachend




 
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#30
Nachdem ich mir ein paar passende Parameter "zurechtgedengelt" habe, das ganze mal in LTSpice simuliert.

Vin: 27V
Vout: 37V
Loadstep: 1A - 10A
Trise/fall: 100n
Ton: 500u

2 Phasen

Loop-Parameter bei

Vin=20V und Iout=1A: BW 22.4kHz, 69° PM
Vin=20V und Iout=10A: BW 22.4kHz, 59° PM
Vin=20V und Iout=30A: BW 25.1kHz, 36° PM

Vin=27V und Iout=1A: BW 28.2kHz, 68° PM
Vin=27V und Iout=10A: BW 28.2kHz, 61° PM
Vin=27V und Iout=30A: BW 31.6kHz, 43° PM

Vin=31V und Iout=1A: BW 31.6kHz, 66° PM
Vin=31V und Iout=10A: BW 31.6kHz, 60° PM
Vin=31V und Iout=30A: BW 35.5kHz, 44° PM

Beeindruckt ihn nicht. Big Grin

[Bild: 172_Vin_27V_Vout_37V_1A-10A_loadstep.png]

Nur was mache ich mit den Spikes?
 
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#31
die "spikes" sind doch wohl versursacht durch den Stromripple während der aktiven Phase. Also der ganz normale "Schaltnetzteil-Müll". Reihendrossel mit ein paar uH und dahinter der (ohnehin vorhandene) Stützelko bringt Ruhe.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#32
Also hinter den

4xMLCC + 4x Poly/Hybrid und vor den Stützelkos des Amps?

Ok.
 
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#33
ja
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#34
Simuliert sich etwas zäh, aber ich habe mir verschiedene Lasten angesehen.

Bei 22V Batteriespannung und 200mR Innenwiderstand des Packs ergibt sich für 0-20A Last folgendes Ergebnis. (1kHz Dreieck)

[Bild: 27_LTC3787_8s_Li_Ion_1kHz_Load_Step_0A-20A_22.5V.png]

Bei 27V Batteriespannung und 200mR Innenwiderstand des Packs ergibt sich für 0-20A Last:

[Bild: 1_LTC3787_8s_Li_Ion_1kHz_Load_Step_0A-20A_27V.png]

Nutzbass ist gar kein Thema (100Hz mit 10A Grundlast):

[Bild: 173_LTC3787_8s_Li_Ion_100Hz_Load_Step_10A-20A.png]

(Spannungschiene war noch nicht ganz auf 37.2V eingeschwungen)


Bei 30A und 20V Batteriepackspannung muss er irgendwann aufgeben, da die Eingangsspannung (logischerweise) zu weit absackt. (Hier muss eine externe ULV dran, die "latched")

8s1p mit 200mR Gesamtwiderstand ist, wie man sieht, nicht so optimal. Es ist natürlich zu erwarten, dass die notwendige Leistung mit 1/f abnimmt?

Als Verstärker "Bulk" + Filter war in allen Fällen: 400nH (DCR= 0.5mR) + 100uF (ESR= 43mR)
 
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#35
Das sieht doch schon sehr gut aus. Klar ist der Innenwiderstand des Akkus hier das Nadelöhr.
Auch wenn typischerweise die meiste power im Bass verbraten wird, warum sollte die Leistung bei Musikprogramm gerade mit 1/f abfallen?
Um das max an Lautstärke zu erhalten lohnt es sich sicherlich, das subsonic-filter zu optimieren und auch sonst mit dem Equalizer des DSP zu spielen.
Dabei solltest Du aber im Auge behalten, dass die tragende Konstruktion deutlichen Vibrationen ausgesetzt ist und insbesondere alle Schweißnähte Deines Fahrrades in regelmäßigen Abständen zu überprüfen sind Big Grin
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#36
Zitat:warum sollte die Leistung bei Musikprogramm gerade mit 1/f abfallen?

Die Idee kam mir aus der Definition von Rosa Rauschen, da sinkt die Leistung(sdichte) doch mit 1/f und alle Frequenzen sind gleich laut.

Zitat:Das 1/f-Rauschen, auch als Rosa Rauschen bezeichnet, ist ein Rauschen, das mit steigender Frequenz abnimmt. In der Akustik wird 1/f-Rauschen als ein Geräusch empfunden, bei dem ein durchschnittlicher Mensch alle Frequenzbereiche des hörbaren Schallspektrums etwa als gleich laut empfindet. Im Zeitbereich ist es ein chaotisches Flackern.

Womit Lastsprünge von 20A im Bereicht 1kHz+ eher unwahrscheinlich sind. (Wobei, "Kick" ist ja entscheidend.)
 
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#37
Nochmal eine Betrachtung von Lastsprüngen für den "Li-Ion 8s 2-Phasen-Wandler" und den "SLA 4-Phasen-Wandler". Der Innenwiderstand der SLA-Quelle ist mit 28mR angenommen.


8s Li-Ion:
[Bild: 122_LTC3787_8s_Li-Ion_Load_Step_0A-20A_100u_27V.png]

SLA:
[Bild: 48_LTC3787_SLA_Load_Step_0A-20A_100u_12V.png]

Im Vergleich dazu mit Standard-Kompensation nach Datenblatt:

8s Li-Ion:
[Bild: 26_LTC3787_8s_Li-Ion_Load_Step_0A-20A_10...efComp.png]

SLA:
[Bild: 113_LTC3787_SLA_Load_Step_0A-20A_100u_12V_DefComp.png]

Gehe ich recht in der Annahme, dass bei Standard-Kompensation im Falle des 8s-Li-Ion überkompensiert und bei der SLA unterkompensiert ist? Oder wie kann man das gezeigte genau beschreiben.
 
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#38
Ich sag es mal so: Ein SNT regelt bei konstanter Belastung so aus, dass mit fallender Eingangsspannung der Stromverbrauch steigt. Die Speisequelle sieht dabei eine Last mit negativem Innenwiderstand.
Denkt man sich den neg Innenwiderstand des Wandlers parallel geschaltet zum pos Innenwiderstand der Batterie, gibt es den Punkt, wo die GesamtImpedanz Null wird, nämlich genau dann wenn beide vom selben Betrag sind.
Noch höhere Innenwiderstände der Batterie gehen dann in den Bereich des insgesamt neg Innenwiderstandes, und da wird die Angelegenheit instabil.

Insgesamt denke ich also auch, dass für den Bleiakku die Regelung "zu stramm" ist.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#39
Wenn der Innenwiderstand der SLA mit 28mR angenommen ist, dann frage ich mich wieso bei rund 20A mittlerer Stromaufnahme die Batteriespannung um fast 3V einknickt. misstrau
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#40
Die mittleren 20A Eingangsseitig [unten] sind pro Phase.
 
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