Почему мой простой повышающий преобразователь дает мне такое высокое пиковое выходное напряжение?

Я пытаюсь понять основы источника питания с коммутационным режимом посредством моделирования в LTSpice.

Я хотел построить мучительно простой блок преобразователя ускорения после учебной модели, часто предоставляемой в учебниках, но я не могу заставить эту вещь вести себя вообще, как я ожидаю, вероятно, потому что на практике все очень разные вещи :)

Вот схематическая диаграмма, экспортированная из LTSpice (обратите внимание, что она использует символы ISO, а компонент справа - резистор):

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Напряжение питания составляет 5 В, и я пытаюсь увеличить его до 12 В с током нагрузки 1 А или выходной мощностью 12 Вт. Я выбрал частоту переключения 20 кГц. По моей математике мне нужен рабочий цикл 0,583 для этого, поэтому время включения должно составлять 29,15 мкс. Предполагая эффективность 0,90, входная мощность будет 13,34 Вт, а входной ток 2,67 А. </p>

<p> Предположения, которые могут вызвать у меня проблемы: </p>

<ul>
<li> Возможно, эффективность совершенно нереалистична для дизайна этого
простой и мой входной ток намного выше, чем я ожидаю. </li>
<li> Вначале мне не сильно волновала пульсация, поэтому я случайно выбрал индуктор и конденсатор. </li>
<li> Возможно, частота переключения слишком мала. </li>
</ul>
<p> Я запускал симуляцию с временем 10 мс (должен быть видимым на графике). </p>

<p> То, что я ожидал увидеть, - это напряжение 5 В, возможно, с небольшой пульсацией, в точке 2 (между индуктором и NMOS) и напряжением 12 В с пульсацией в точке 3 (между диодом и конденсатором) . </p>

<p> Вместо этого получается то, что выглядит как полный хаос - я получаю пиковое напряжение 23 В, которое колеблется вокруг 11,5 В в точке 2 и немного более низкое пиковое напряжение чуть более 22,5 В, которое колеблется около 17 В в точке 3: </p>

<p> <img src =

В связи с тем, что частота переключения может быть слишком низкой, я попытался увеличить ее до 200 кГц (T = 5 мкс, Ton = 2,915 мкс), и теперь я получаю нечто большее, чем то, что я искал, что является пиковым напряжением 12,8 В в точке 2 (колебание между 0 и В) и пик 12 В в точке 3 (колебание около 11,8 В):

200kHz

Наблюдалась значительная пульсация напряжения. Я попытался увеличить размер индуктора до 100 мкГн, но все, что, похоже, повлияло на начальное колебание. Поэтому я увеличил емкость до 10 мкФ, и это, казалось, сработало, колебание напряжения в точке 3 намного меньше. Изображение, приведенное выше, является результатом конденсатора 10 мкФ.

Итак, мои вопросы:

  • Что не так с моей оригинальной моделью?
  • - 20 кГц - совершенно нереалистичная частота переключения (кажется странным, что это будет)?
  • Если бы мне нужна частота переключения 20 кГц, что мне нужно изменить, чтобы схема работала так, как ожидалось? Более мощный индуктор?
  • нормально ли напряжение на входной стороне должно быть аналогично напряжению на выходной стороне, когда цепь достигла стационарного состояния?
  • какое уравнение следует использовать для измерения конденсатора?
12 голосов | спросил Stephen Bosch 10 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowMon, 10 Sep 2012 05:21:14 +0400 2012, 05:21:14

3 ответа


19

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Ваш импульс работает в режиме прерывистой проводимости или DCM (ток индуктора идет на ноль за каждый цикл переключения). Рабочий цикл становится функцией нагрузки, а также рабочего цикла. Если вы увеличите нагрузку, значение индуктивности или частоту переключения, вы достигнете точки, где вы увидите свое регулирование, где вы ожидаете этого - это называется CCM или режим непрерывной проводимости. Ток индуктора не падает до нуля, а непрерывно течет. Формула вашего рабочего цикла будет действительна здесь. </p>

<p> 20 кГц очень медленный для ускорителя. Ток пиковой индуктивности 14А также нереалистичен. Большинство преобразователей с повышением частоты PFC работают от 70 до 100 кГц. Низкочастотные преобразователи обычно нуждаются в более крупных индукторах. Если вы хотите достичь CCM на частоте 20 кГц, вам потребуется значительно большее значение индуктивности индуктивности. Попробуйте 470uH в вашем симуляторе, и вы увидите напряжение ближе к 12V. (Если бы у вас был контроллер в вашей модели, он автоматически регулировал бы рабочий цикл для достижения 12V независимо от работы CCM или DCM). </p>

<p> Поскольку ваш преобразователь настолько сильно работает в DCM, напряжение коммутационного узла напоминает выходное напряжение. Если вы приблизитесь к CCM, вы увидите более четкое изображение. </p>

<p> Для этого моделирования конденсатор имеет такой размер, что время простоя напряжения во время включения (вызванное нагрузкой) не является чрезмерным. В реальной жизни существуют и другие параметры, которые имеют значение (общая стабильность петли, пульсация тока и срок службы), которые вы должны учитывать, а также правильный выбор MOSFET, обратное восстановление и мягкость диода ускорения ... </p></body></html>

ответил Adam Lawrence 10 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowMon, 10 Sep 2012 07:20:52 +0400 2012, 07:20:52
8

При выбранных вами значениях компонентов более целесообразно работать с частотой 200 кГц. Даже при 200 кГц я обнаружил, что более подходящий выходной конденсатор может быть больше, чем 33 или 47uF.

Если вы используете идеальный индуктор с указанным эквивалентом эквивалентного ряда, я бы предложил попробовать один из реалистичных индукторов из библиотеки LTSpice, такой как Coiltronics CTX10-3. У этого есть DCR 0,028 Ом. Это поможет уменьшить начальный всплеск тока запуска.

Также обратите внимание, что реалистичная конструкция с фактическим переключателем VR-контроллера будет иметь функцию плавного пуска, которая постепенно приближает рабочий цикл PWM до его рабочего уровня без огромного начального всплеска. Также контроллер контролирует выходное напряжение через делитель и сравнивает его со ссылкой, чтобы постоянно регулировать рабочий цикл ШИМ, регулируя таким образом выходное напряжение.

ответил Michael Karas 10 thEurope/Moscowp30Europe/Moscow09bEurope/MoscowMon, 10 Sep 2012 07:22:42 +0400 2012, 07:22:42
7

У меня также были проблемы с этой схемой в LTspice. Я не думаю, что моя проблема была такой же, как у вас, но это единственный достойный результат при поиске «ltspice boost converter», поэтому я отвечу здесь.

Вот что я сделал не так:

  1. Я использовал общую модель «nmos». Это не работает. Я не знаю, почему, но похоже, что у него действительно высокое сопротивление даже в состоянии on, которое странно. Во всяком случае, способ исправить это - разместить общие NMOS, затем щелкнуть правой кнопкой мыши и нажать «Выбрать новый транзистор», а затем выбрать один из списка, например. IRFP4667.

  2. Мой фильтрующий конденсатор был слишком большим. Это означает, что выходное напряжение занимает порядка секунд, чтобы оседать (тонкое в реальной жизни, но раздражающее в симуляции).

Вот моя последняя схема:

схема преобразователя ускорения

Подробности (возможно, не критические):

  • Я дал источнику напряжения 5 В последовательное сопротивление 1 Ом.
  • Индуктор имеет последовательное сопротивление 6 Ом.
  • Параметры импульсной последовательности: Ton = 8us, Toff = 2us (T = 10us; 100 кГц).

Если кто-нибудь знает, почему стандартная модель NMOS не работает, дайте мне знать!

ответил Timmmm 4 PM00000030000004131 2013, 15:40:41

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132