DC - расчеты повышающего преобразователя постоянного тока

Я пытался смоделировать повышающий преобразователь постоянного тока в «CircuitLab», вместо того, чтобы идти по пути использования ИС, я решил пойти по «традиционному пути» и использовать MOSFET просто потому, что мне нужно иметь возможность для цифрового изменения рабочего цикла частоты переключения, которая будет управляться Arduino Uno. Я использовал уравнения, полученные от Texas Instruments . Однако я не уверен, что они по-прежнему будут работать с моей схемой, поскольку эти расчеты в конечном итоге используются с ИС.

Требования к моему преобразователю следующие:

  • Вин = 3В
  • Vвых = 14В
  • Iвых = 500 мА
  • Частота переключения = 100 кГц

Основываясь на приведенных уравнениях, я смог сделать следующие расчеты;

  • Рабочий цикл = 0,83
  • Ток пульсации индуктора = 0,47 А
  • Индуктор = 50 мкГн
  • Максимальный ток переключения = 3,17 А
  • Выходной конденсатор = 41 мкФ

При выборе полевого МОП-транзистора основной характеристикой, которую я искал, было сделать его МОП-транзистором с «логическим уровнем», поскольку ШИМ будет управляться от Arduino. Выбран МОП-транзистор STB55NF06L с RDS VGS = 5 В, 27,5 А.

Чтобы решить, какой диод использовать, я проверил, был ли неповторяющийся пиковый импульсный ток больше, чем IOut. Также я выбрал диод с коротким временем обратного восстановления. Выбранный диод — «1N5819».

После выбора этих компонентов я попытался запустить симуляцию, но не получил желаемых результатов. Выход не повышается вообще, Vout падает до 2,5 В. Любые идеи о том, как я могу это исправить?

Вот моя принципиальная схема;

Принципиальная электрическая схема

Обновлять;

Я построил повышающий преобразователь, используя информацию, которую я собрал из приведенных ответов, и столкнулся с небольшой проблемой. Я использовал катушки индуктивности 22 мкГн и катушки индуктивности 33 мкГн, которые были у меня сразу же доступны (FT00765 и FT00766). Так как эти катушки индуктивности имеют довольно низкий номинальный ток, они не могли выдержать ток моей цепи, в результате чего сильно нагревались. Я понимаю, что мне нужно приобрести индуктор того же номинала, но с более высоким номинальным током. Однако я не понимаю разницы между текущим рейтингом и текущим рейтингом насыщения. Основываясь на моем моделировании, пиковый ток через индуктор составляет около 16 А при начальном повышении, а затем выравнивается в диапазоне от 2 А до 4 А в CCM. Поэтому я рассматривал катушки индуктивности, такие как; 2300HT-220V-RCпри номинальном токе 19А подойдет ли этот индуктор или мне нужно искать альтернативу? Я также рассматривал АИРД-02-220К , который также выглядит как подходящая катушка индуктивности.

У вас правильный рабочий цикл? Горит 83% времени?
Я едва могу использовать этот веб-симулятор для расчета некоторых напряжений в резистивной сети [и я не мог понять, как получить от него какие-либо токи]. Используйте для этого что-нибудь посерьезнее, LTspice и т.п.

Ответы (2)

TLRD: ваши расчеты в порядке. Я запутался, сравнив их с другим калькулятором, ориентированным на DCM, а не на CCM. Я не собираюсь изменять материал ниже, потому что на него ответил Арсенал, и вам также может быть полезно сравнить два режима.

Ваш индуктор выглядит на порядок больше, чем то, что я получаю на https://learn.adafruit.com/diy-boost-calc/the-calculator .

введите описание изображения здесь

И похоже, что ваш индуктор слишком велик:

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

@Arsenal NB: я понял разницу между этими двумя калькуляторами. Adafruit дает вам решение DCM (дисконтный текущий режим), тогда как TI предлагает решение CCM.

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Какой из них предпочтительнее, зависит от различных факторов . В основном, при высоких выходных токах вы хотите, чтобы CCM снижал потери и напряжения в компонентах, но DCM имеет лучшую переходную характеристику. Многое другое об этом можно прочитать здесь , в том числе параллельный пример расчета энергоэффективности.

Вы видели пульсации тока катушки индуктивности с этой катушкой индуктивности 5 мкГн? Он должен быть порядка 4–5 А, что слишком много (если я не ошибаюсь, он должен составлять порядка 30% от пикового входного тока). Значение 29 мкГн было бы более подходящим.
@Арсенал: DCM против CCM.
О да, в этой таблице есть символ «>», так что это решение с нижней границей... Однако приятное обновление.
Спасибо за ответ, не могли бы вы рассказать мне о преимуществах использования DCM или CCM для приложения повышающего преобразователя? Кроме того, я заметил, что вы использовали MOSFET IRF7811 вместо того, который я показал в своей схеме. Была ли за этим какая-то особая причина?
@Thaitan: я думаю, что кратко упомянул об этом (CCM против DCM) в моем последнем абзаце (под последним изображением), и в статьях, связанных там, есть намного больше. Что касается МОП-транзистора: в данном случае это не имеет большого значения, а LTspice не поставляется с моделью для STP55, и мне было лень импортировать ее (она доступна на веб-сайте ST).
@Taitan: со встроенными моделями LTspice примерно в 100 раз быстрее, чем с моделями на основе подсхем, такими как ST. Я сократил время симуляции до 5 мс с моделью ST, потому что она была очень медленной. Тем не менее, вы получаете немного меньше перерегулирования с моделью ST, особенно в DCM. imgur.com/a/eqVmP Также вы должны добавить (как я сделал) значение ESR для выходного конденсатора, иначе пульсации будут нереально низкими; Я использовал 0,05 Ом во всех симуляциях.
Спасибо за это, я буду иметь это в виду! Я заметил, что вы использовали индуктор на 33 мкГн. Поскольку мне нужно будет задокументировать мои расчеты, не могли бы вы рассказать мне, как вы получили это значение?
Его предложил «Арсенал» (ну, он предложил 29, но это менее стандартное значение); для CCM хороший диапазон значений индуктивности работает для одного и того же напряжения, но пульсации тока меняются.
@Thaitan Я обновил свой ответ, включив в него свои расчеты значения индуктора.
Я нахожусь в процессе создания повышающего преобразователя с выбором катушки индуктивности 33 мкГн. У меня уже был в наличии индуктор FT00765, поэтому я попробовал его использовать. Цепь, казалось, временно увеличилась, но катушка индуктивности стала невероятно горячей - возможно, выбранная катушка индуктивности не может выдержать ток? Можете порекомендовать индуктор?

Когда я открываю вашу схему , я вижу, что вы моделируете только 100 мкс или 10 циклов ШИМ. Ваше напряжение не попадет туда за это время.

Поэтому вместо этого попробуйте имитировать 15 мс (зависит от дизайна):

Результаты моделирования за 15 мс

Давайте попробуем приблизительный расчет того, что происходит (это действительно расчет обратного типа):

У вас есть пиковый ток 3,17 А, который пойдет на выходной конденсатор на 17% от 100 кГц (конечно, он упадет, но я сейчас этим пренебрегу).

Таким образом, на выходе будет передан заряд 17%/100 кГц * 3,17 А = 5,4 мкКл. Если предположить, что нагрузка постоянного тока составляет 500 мА (28 Ом не являются таковыми), за один цикл потребуется 500 мА/100 кГц = 5 мкКл с выхода. Таким образом, мы получаем всего 0,4 мкКл за цикл зарядки. Напряжение увеличивается на 0,4 мкКл/47 мкФ = 8,5 мВ за цикл.

Чтобы перейти от начальной точки 2,5 В к 13 В, вам потребуется не менее 1250 циклов или 12,5 мс.

Что ж, получилось быстрее, но это грубый набросок того, чего можно ожидать.

Одна вещь, которая кажется немного странной, — это значение индуктора 50 мкГн — кажется, что в примечаниях к применению TI используется немного другой подход к расчету, чем тот, который я получил от LT — спасибо RespawnedFluff за проверку значений. Ниже приведен мой расчет, который в этом случае устарел.

Обычно вы выбираете пульсирующий ток от 20% до 40% от пикового тока индуктора. (это значение является компромиссом, как описано здесь )

Итак, идем отсюда:

я п е а к "=" я а в г + Δ я л 2
и
Δ я л "=" 30 % я п е а к

что приводит нас к:

Δ я л "=" 0,3 я а в г 0,85

И с:

я а в г "=" В о η В я я о ты т

Мы приходим к:

Δ я л "=" 0,3 В о я о ты т 0,85 η В я

Для идеального случая ( η "=" 1 ) мы получаем результат 0,824 А в виде пульсирующего тока. Примерно в два раза больше, чем вы рассчитали.

С этим и уравнением, приведенным в примечании к применению TI:

л "=" В я ( В о − В я ) Δ я л ф с В о

Я получаю значение 28,6 мкГн. (что не является общепринятым значением, следующим значением будет 33 мкГн или 27 мкГн)

Он рассчитал Δ я л правильно в соответствии с документом TI, который он использовал (уравнение 6), но он выбрал меньшее значение. 0,2 я о ты т В о ты т В я н "=" 0,2 × 0,5 × 14 3 "=" 0,4666 А . TI также говорит, что первый коэффициент 0,2 может находиться в диапазоне от 0,2 до 0,4.
@RespawnedFluff, это правда, я не проверял цифры ... Мои расчеты основаны на семинаре LT, который я провел на прошлой неделе по преобразователям постоянного тока. Похоже, что этот подход приводит к другим значениям (когда я использую 20%, я получаю 0,55 А и 42 мкГн).
С формулами TI я получаю 50,5 мкГн. Но после подключения к симу реальная пульсация составила около 0,5А. При значении LT 42 мкГн я получаю при моделировании около 0,56 А. Так что формулы LT более точны.
DC - расчеты повышающего преобразователя постоянного тока
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v