基于ATtiny84a的降压开关稳压器-请批评！

这是尝试将基于ATtiny84a的降压调节器设计为PWM控制器。它应该从4S锂电池（12.8-16.8伏）到合理调节的12V输出，用于驱动接受10-14V输入的伺服电机。4S LiPo太高，而3S LiPo太低，尤其是当我想要额定12V扭矩时。该设计旨在在最坏的情况下提供40安培的电流（淘汰大多数电动机）。

我不能购买其中之一，因为一旦我离开10-15A范围，所有的DC DC转换器都是专为工业用途而设计的，并且具有笨重的外壳，非常昂贵，需要24V输入或其他此类不匹配的情况我目前的要求。

想法是使用AVR中的内置模拟比较器来检测目标电压是否过高或低于目标电压，并在检测到欠压时生成确定持续时间的脉冲。

我将在面包板上用20条规格的导线焊接在大功率路径的元件引线上。

我知道在尝试进行布局时，应使“交换节点”和反馈路径尽可能短。我还将所有未使用的面包板走线都接地，以制成穷人的接地平面。

我尝试选择一个饱和电流与我的最大输出电流匹配的扼流圈，以及一个饱和电流高于我的最大输出的降压电感器。

94 uF和3.3 uH的转折频率约为9 kHz，我想AVR的运行速度会比这快得多。我正在考虑每次检测到欠压时使用5 us脉冲，然后再次返回以寻找欠压。这样得出的最大频率（接近100％占空比）为200 kHz。

这是原理图：https : //watte.net/switch-converter.png

除了注释中提到的问题（错误的P-FET极性，无捕获二极管/ MOSFET）之外，我还有一些快速的问题：

• 微控制器将无法非常困难地驱动Q1的门（通常GPIO引脚只能提供几毫安的电流），因此您的开启和关闭速度将非常慢。这将限制高端开关的性能。

• Q1上没有栅极至源极电阻，因此仅依赖GPIO保持MOSFET导通或截止。如果GPIO引脚变为高阻抗，如果栅极从环境中吸收电荷，则MOSFET可能会自行导通。

• 如果您的70R P通道栅极电阻稳定导通（如果Q1饱和），则会烧毁

  $D \cdot \dfrac{(16V)^2}{70 \Omega} = D \cdot 3.65W$

  这是疯狂的大功率，因为​​D会变高（输入接近输出）。此外，大约225mA的电流也将在Q1中燃烧，这是不健康的，因为它是一个相对较小的设备。

  （您需要大约4V的才能通过Q1汲取约400mA 的电流，而对于Q4中的40A，您需要-7.5V的）。$V_{GS}$$V_{GS}$

  • 您的纯粹电阻式反馈网络是个坏主意。您确实需要一些补偿和/或过滤。您的比较器将非常快，并且可能会对开关噪声，拾取，纹波等产生反应-由于您似乎并未使用带有补偿功能的误差放大器来控制增益和相位，因此您将需要一些上限跨越R5（还有一些运气）。

  • 您的动力总成中没有任何电流监视或过电流保护。

  • 您的动力总成中没有任何过压保护。

  • 您的动力总成中没有任何过热保护。

  • 您的动力总成中没有输入反极性保护和输入保险丝。大禁忌，尤其是当源是电池供电时（大的短路寻源能力）。

如果使用现成的模拟同步降压控制器，则这是一个更简单的项目。我不明白您为什么要为此使用ATtiny。

话虽如此，这绝不是一个简单的项目。您的原理图在很大程度上是不完整的，并且缺乏任何电源（特别是像您这样以高功率运行的电源）所需要的基本安全保护。

考虑您的要求，计算所有损失，在一些保护措施中进行设计，然后返回转速。2。

您正在为以下目的设计降压稳压器：

• 高容量锂聚合物电池的Vin为12.8至16.8伏。
• Vout of 12V @ 40安培。
• 控制技术为恒定开启时间，可变关闭时间。

即使在Madmanguruman做出了很好的回答之后，还应该注意其他事项。这种设计的主要困难是要处理的高电流。我将主要关注功率处理组件，功率调制器和滤波。

• $\text{D } \text{Iout}^2 \text{Rds}$

• 门驱动器。此设计中没有足够的栅极驱动器。特别是对于关闭。当70欧姆关断3500pF Ciss的FET时，关断时间将至少为500nSec。这将意味着FET中巨大的开关损耗，可能在FET中额外损失至少15W。此设计必须具有更好的栅极驱动器。由于无论如何都需要改进门驱动；改用N沟道开关FET，并使用带有栅极驱动IC的匹配同步整流器（例如IR2104或LM5104等），将非常有益。

• 滞后控制。恒定的开启时间，可变的关闭时间控制没有问题。磁滞控制可以（如果您小心的话）很好地工作，并具有出色的瞬态响应。但是，这里的问题是在uC中使用比较器。需要访问比较器以提供附加的磁滞。因此，需要添加一个具有滞后且响应时间小于500nSec的比较器。您可能希望添加大约100mV的磁滞。

• 输出滤波器。好的电感L1。在40A加上纹波电流时，它将接近饱和。最好有一个较高的电流部分，但这不是主要问题。看起来输出电容器C1和C2是陶瓷的，这是一个不错的选择，对于约100mV的纹波电压，其总ESR应小于20 mOhms。有趣的是，最大负载（〜0.3欧姆）时的负载电阻非常接近输出滤波器的特性阻抗（〜0.2欧姆）。这很幸运，因为这意味着过滤器阻尼良好，稍后将对此进行更多说明。如果仅使用此电源来驱动电动机，则无需第二级滤波器（L2，C3）。

遗漏了一些功能：

• 为了您自己的安全，如果没有其他限制，则必须有一个电流限制。随着电流的处理，突如其来的惊喜可能会出现。直到电源开关的顶部与底部爆炸性分开并飞到天花板上之后，您才可以居住。无论如何，某种电流限制，即使它只是保险丝。

• 输入过滤器。目前尚不清楚系统的其余部分，但此电源的输入将成为大量EMI的来源。通常，这将是一个大问题。

输入阻抗也是一个问题。开关稳压器的输入阻抗为负，并且可以制成良好的振荡器（不幸的是）。LiPo和配电网络的源阻抗必须小于电源输入阻抗的1/2，以防止振荡。我认为高容量锂聚合物电池的阻抗约为20毫欧（尽管随着年龄的增长会增加）。该电源及其电流输出滤波器（带有C1和C2的L1）在满载（40A）时的输入阻抗最小值约为100mOhms（在9KHz时），如果将源分配网络阻抗保持在较低水平，则该阻抗看起来很好。但是，请记住在40A负载下看起来很好的输出滤波器阻尼，如果负载降至10A时阻尼也不太好。这意味着在10A的负载下，输入阻抗最小值降至约50mOhms（在9KHz时），这将使源代码分配确实非常紧张和成问题。矛盾的是，这是由可变输出滤波器阻尼引起的轻负载问题。