Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

System zasilania z przetwornicą dwukierunkową (Buck-Boost) - opis i schematy

W numerze 8/2019 przedstawiony był, pokazany na rysunku B, nieskomplikowany układ elektroniczny. Jest to... system zasilania urządzenia mobilnego z przetwornicą dwukierunkową, nazywaną Buck-Boost.
Article Image

Na pewno w punkcie C dołączone są układy elektroniczne, zasilane przez ten sterownik. Na pewno do punktu A dołączona jest bateria, a raczej akumulator, którego symbol widzimy, ale celowo oznaczenia nie ma. Punkt D można potraktować jako wejście, gdzie dołączony jest zewnętrzny zasilacz (jednak nie musi tak być, o czym dalej). Na razie przyjmujemy, że do punktu D dołączany bywa zasilacz.

Rys.B System zasilania z przetwornicą dwukierunkową (Buck-Boost)

Jeśli zasilacz jest dołączony, napięcie z niego może być wprost podawane na punkt D przez dwa połączone odwrotnie szeregowo MOSFET-y. Wtedy wszystkie inne MOSFET-y byłyby wyłączone. To byłby najprostszy, najmniej interesujący tryb pracy.

Zdecydowanie ciekawsze są inne możliwości. I tak cewka wraz z czterema tranzystorami Q1...Q4 jest uniwersalną przetwornicą, która może przekazywać energię między punktami B, D w obu kierunkach. Przy obu kierunkach przekazywania energii możliwe jest podwyższanie albo obniżanie napięcia. Dwa MOSFET-y włączone między punktami A, B, C pozwalają przekazywać energię między przetwornicą, akumulatorem i układem elektronicznym w punkcie C.

Rys.C Schemat układu scalonego Renesas ISL9241

Schemat pochodzi z pierwszej strony karty katalogowej układu scalonego Renesas ISL9241 i jego pierwotna wersja pokazana jest na rysunku C.

Na rysunku D, też pochodzącym z noty aplikacyjnej Renesasa, zawarte jest wyjaśnienie, jak muszą być sterowane poszczególne tranzystory mostka, żeby uzyskać przetwornicę obniżającą (Buck), podwyższającą (Boost) oraz przetwornicę nazwaną Buck-Boost.

Buck-Boost to nie jest konfiguracja przetwornicy, tylko specyficzny tryb pracy, w którym w jednym cyklu zegara układ pracuje w trybie Buck, w drugim w trybie Boost i tak dalej. Tryb Buck-Boost jest wykorzystywany wtedy, gdy napięcie wejściowe i wyjściowe mają zbliżone wartości.

Rys.D Sterowanie poszczególnymi tranzystorami w celu uzyskania przetwornicy Buck, Boost lub Buck-Boost

W każdym razie odpowiednio sterując tranzystorami i zmieniając wypełnienie impulsów, można dowolnie zmniejszać lub zwiększać napięcie. Zawsze mamy tu do czynienia z przetwornicą synchroniczną i dlatego możliwe jest uzyskanie sprawności do 99%.

Na rysunku D pokazane jest przekazywanie energii ze strony lewej schematu na prawą. Ale układ jest symetryczny, więc dokładnie tak samo można przekazywać energię w przeciwnym kierunku. Trzeba tylko odpowiednio wysterować tranzystory. Ilustruje to rysunek E. Skrót OTG pochodzi od USB OTG, czyli USB On The Go i dotyczy sprzętu mobilnego (smartfonów i tabletów), gdzie jedyne gniazdko USB (zwykle microUSB) zasadniczo służy do ładowania, ale też może byś źródłem zasilania dla urządzeń dołączonych do smartfona (myszka, klawiatura, pamięć FLASH USB).

Rys.E Jak wysterować tranzystory aby przekazywać energię w przeciwnym kierunku

Rysunek F z karty katalogowej ISL9241 pokazuje taki sposób wykorzystania koncepcji z rysunku B. Z lewej strony wyraźnie widać symbol łącza USB. Napięcie VADP może pochodzić z zewnątrz, z ładowarki, ale przy pracy OTG jest to napięcie wyjściowe, służące do zasilenia dołączonych urządzeń – wtedy energia pochodzi z baterii.

Rys.F Wykorzystanie koncepcji z rysunku B

Co ciekawe, przewidziano jeszcze jeden specyficzny tryb pracy. Mianowicie gdy akumulator jest już prawie pusty, zmniejsza się jego wydajność prądowa i napięcie, a przy obciążeniu go silnymi impulsami, użyteczne napięcie zasilające nadmiernie by się obniżało. Aby temu zapobiec, wykorzystuje się stosunkowo duży kondensator wejściowy. Wtedy energia z baterii przechodzi przez przetwornicę na wejście (na rysunku B punkt D i kondensator C2), a następnie przez dwa przewodzące MOSFET-y jest przekazywane do układu do punktu C, a MOSFET między punktami B, C jest zatkany.

Rys.G Schemat blokowy zestawu ewaluacyjnego 

W karcie katalogowej i notach aplikacyjnych można znaleźć wiele dalszych interesujących informacji. Są dostępne na stronie: www.renesas.com/eu/en/products/power-management/battery-management/multiple-cell-battery-chargers/device/ISL9241.html#documents. Można tam też znaleźć informacje o zestawie ewaluacyjnym, którego schemat blokowy pokazany jest na rysunku G, a wygląd na fotografii H.

Fot.H Zestaw ewaluacyjny

Zadanie Jak8 było trudne do analizy i rozwiązań napłynęło mniej niż zwykle. Prawie wszystkie były prawidłowe, choć naprawdę trudno było rozszyfrować wszystkie szczegóły.

Tematyka materiału: przetwornica, Buck-Boost
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich grudzień 2019
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
grudzień 2019
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo