AVRプログラマブル電源(失敗編)(2008/4/19)

平日に日本橋寄っても買うだけ買って組み立てる気力は無し(´･ω･`)
というわけで今日組み立ててました。

進展その1・ましな配置できゅいーん音排除

スイッチング電源はしろーとがつくると
きゅいーんという音がするもんだとばかりに諦めてたけど
じゃあプロが作るように作ればいいじゃんってことで
こういうとこをよんで勉強してました。

つーても難しいので大半わかってないんだけど(´･ω･`)
要はスイッチング電源ってスイッチでばちばち切り替えるからノイズ発生してきゅいーんとか言うけど
ばちばち切り替えたときに電流が通る経路の変化がなるべく小さくなればいいぽい。

それぞれのスイッチでの経路はというと…

ローサイドスイッチ(ダイオード)がONしたとき
グランド→スイッチ→インダクタの経路で流れる
ハイサイドスイッチがONしたとき
バッテリーからの電流だけじゃ足りないのでCinからも電流が流れる。つまり
グランド→Cin→スイッチ→インダクタの経路で流れる

バックコンバータでの経路変化

この2つの経路の違いを最小にしたいわけですな。
つまりCinがでかいなら、Cinのマイナスからプラス電極寸前まで GNDをいっぽん線でのばすとかか。
ハブダイナモバージョンでは入力に35V 10000uFのごんぶとキャパシタ使うので試してみよう。
今回は表面実装じゃないので上のテキストにあるような理想的な経路にはならんですが…
OOo impressでおえかきしてみました。

アートワーク

表面と裏面を使うとか、裏面に2層重ねるとかやればもっと経路変化を小さくできるんだろうけど…
まずはこれでどの程度まで音が鳴らなくなるか確認という感じですな。

進展その2・ローサイドN-MOSFETをつけた(未検証)

DIODEってあるとこにFETつけただけ。
並列でSBDつけなきゃデッドタイムに大変なことになるのでSBDも併用。
FET内蔵のダイオードは動きがにぶいので、導通させちゃうとOFFしたくてもすぐにOFFしてくれないらしい
というわけで秋月で購入した Vf=0.35Vかつ大容量のSBDを実装。 SMTなので裏面(´･ω･`)
当面はFET=OFFのまま使うことになりそう。

進展その3・コントローラを基板上に実装・Tiny26に変更

いつまでもぶらぶらじゃやだよね(´･ω･`)

AVRマイコンは Mega から Tiny26 に変更しました。
なんだかんだでこっちのほうが使いやすそう。
理由は

PWM Clock が 64MHz まで上がる。分解能8ビットで250kHz PWMが出る。
Dead Time Generatorがある。上下のFETが同時に導通しないようなPWMが簡単に出せる。
ゲイン20倍の差動ADコンバータがある。数十mV級の検出抵抗のセンスによさそう。

…メモリは小さいものの、今回の用途にはTiny26(261/461)ってかなり理想的なんじゃ…

ちなみに261/461は、26と違って、

システムクロック分周して遅く動作できる。省電力によい。
デッドタイム長さ変更できる。タイミング合わないときにデッドタイム長くできる。

目立ったところではこんな違いがありました。
前者は今回はどっちでもいいのでパス(´･ω･`)
後者は今回の用途ではきいてくるかもしれない。
Tiny26では64MHz 1-clockのデッドタイムしか生成できないけど、これは15.625ナノ秒。
(´･ω･`)6アンペア級のFETドライバーでもCiss=2500pFのFETからゲート電荷10V引き抜くのに25ナノ秒かかりますよ…
まぁ実際には電荷引き抜き終わらなくても導通切れるし、電荷突っ込むのにも時間かかるしでなんとかならんことはないのか。
まぁまだまだ先の話だけどやってみてオシロで見てみよう。

実装

できた

AVRマイコン
ISPコネクタ装備していつでもプログラムかきかえれるよ(`･ω･´)
すっきりして見えるけど裏は配線がスパゲッティです…(´･ω･`)
デジタルはこれだから…
Digital電源
78L05で安直に。
流石に数十mA級の電源にスイッチングもなかろうってことで。
やたらCとかLとかあるのはAVCC用にフィルタ組んでます。AVCCは別扱い。
FETドライバ
焼けた。
(´･ω･`)…まぁ、いろいろ設計まずかったのでかえなきゃ。
今回もなんとなく動いたんだけどゲート電圧足りないっぽいし、動かしてたら焼けちゃったしで
とらぎぱくり回路はやめて少し考えよう。
スイッチ
CinとFET2つ隣接させて、裏には表面実装のダイオードを貼って、一応は無音電源。
Crowbar(過電圧保護回路)
発光ツェナーダイオードとパワートランジスタ(2SD系)でなんとなく組むつもり。空き領域
センス抵抗
100mΩ×4で25mΩ。2.8Aで70mV。ゲイン20倍のアンプで1.4V。
5パラでもよかったか…(´･ω･`)場所ないんです
このレベルだともうどんだけノイズはいるやらなので、
Rsenseの両端から等長撚り対線で差動アンプにいれてます。
電源のLC
低出力・低周波数から検証できるように余裕の大容量。

失敗

適当にPWMしたら入力電圧の半分くらいでた(ﾟ∀ﾟ)
きゅいーん音も鳴らない(ﾟ∀ﾟ)
…きたー？

もくもくもく

ばちーん、ぱーん、ぱちぱちぱち

((((ﾟДﾟ；))))

まぁ幸い、ドライバのTrの上下が短絡モードになった感じなのでデジタルやらFETやらは動いてる。
FETドライバーをもうすこし素直なのに置き換えるとしよう(´･ω･`)

プログラム

今回もPWM出しただけ…

今後

FETゲートドライバを壊れない奴に替える。

壊れちゃどうにもならない…
そこらでうってるFETがCiss大きめってこともあって、性能も必要
できれば専用の高性能ゲートドライバICにしたいとこですな。
でも…入力電圧がけっこうでかくて安定しないアプリなので
ディスクリももう少し考えてみたいところ。
専用のICでも電源めんどそう。

本職の人は是非良い感じの回路とかICとか提案してください(´･ω･`)