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

Ваш усилитель работает в режиме прерывистой проводимости или DCM (ток дросселя обнуляется при каждом цикле переключения). Рабочий цикл становится функцией нагрузки, а также рабочего цикла. Если вы увеличите нагрузку, значение индуктивности или частоту переключения, вы достигнете точки, в которой вы увидите свое регулирование там, где вы его ожидаете — это называется CCM или режимом непрерывной проводимости. Ток дросселя не падает до нуля, а непрерывно течет. Ваша формула рабочего цикла будет действительна здесь.

20 кГц очень медленно для повышающего преобразователя. Пиковый ток дросселя 14А тоже нереалистичен. Большинство повышающих преобразователей PFC работают в диапазоне частот от 70 до 100 кГц. Преобразователи более низкой частоты обычно нуждаются в катушках индуктивности большего размера. Если вы хотите достичь CCM на частоте 20 кГц, вам потребуется гораздо большее значение индуктивности. Попробуйте 470 мкГн в своей симуляции, и вы увидите напряжение ближе к 12 В. (Если бы в вашей модели был контроллер, он автоматически регулировал бы рабочий цикл для достижения 12 В независимо от работы CCM или DCM).

Поскольку ваш преобразователь сильно зависит от DCM, напряжение коммутационного узла похоже на выходное напряжение. Если вы приблизитесь к CCM, вы увидите более четкую картину.

Для этого моделирования размер конденсатора выбран таким образом, чтобы падение напряжения во время включения (вызванное нагрузкой) не было чрезмерным. В реальной жизни важны и другие параметры (общая стабильность контура, ток пульсаций и срок службы), которые необходимо учитывать, наряду с правильным выбором полевого МОП-транзистора, обратным восстановлением и мягкостью повышающего диода...

С выбранными вами значениями компонентов действительно лучше работать с частотой 200 кГц. Даже на частоте 200 кГц я считаю, что более подходящим выходным конденсатором может быть 33 или 47 мкФ.

Если вы используете идеальную катушку индуктивности без указания эквивалентного последовательного сопротивления, я бы посоветовал вам попробовать одну из реалистичных катушек индуктивности из библиотеки LTSpice, такую ​​как Coiltronics CTX10-3. У этого есть DCR 0,028 Ом. Это поможет уменьшить начальный скачок пускового тока.

Также обратите внимание, что реалистичная конструкция с реальным переключающим контроллером VR будет иметь функцию плавного пуска, которая постепенно доводит рабочий цикл ШИМ до рабочего уровня без огромного начального скачка напряжения. Кроме того, контроллер будет контролировать выходное напряжение через делитель и сравнивать его с эталоном, чтобы постоянно регулировать рабочий цикл ШИМ, тем самым регулируя выходное напряжение.

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

Вот что я сделал не так:

1. Я использовал общую модель «nmos». Это не работает. Я не знаю почему, но кажется, что он имеет очень высокое сопротивление даже во включенном состоянии, что странно. В любом случае, способ исправить это - разместить общий NMOS, затем щелкнуть его правой кнопкой мыши и нажать «Выбрать новый транзистор», затем выбрать один из списка, например, IRFP4667.

2. Мой фильтрующий конденсатор был слишком большим. Это означает, что выходное напряжение стабилизируется за несколько секунд (хорошо в реальной жизни, но раздражает в моделировании).

Вот моя последняя схема:

Подробности (наверное не критично):

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

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

Вы сказали: «Я хотел построить мучительно простую схему повышающего преобразователя». Я хотел сделать то же самое и построил много похитителей джоулей в LTSpice, и я отнес их к той же категории — похититель джоулей на самом деле является самооптимизирующимся повышающим преобразователем, замаскированным под схему для любителей, но я изучил много о повышающих преобразователях от ступенчатых параметров Джоуля Вора. И поскольку он самооптимизируется, он почти всегда что - то делает и дает вам представление о том, как каждый аспект схемы влияет на вещи. Вот Joule Thief, с которым вы можете повозиться:

Итак, это один из способов. Но...

Если вы хотите связать эксперименты Joule Thief в LTSpice с подходом, похожим на рецепт, найдите пару таблиц данных 34063, таких как этот MC34063A, от ON Semi . Существует таблица, в которой приведены шаблонные рецепты для повышающего преобразователя, понижающего преобразователя и инвертированного повышающего преобразователя.

Вот схема повышающего преобразователя:

А вот шаблонная таблица, которой нужно следовать шаг за шагом сверху вниз:

Если вы поочередно играете с этими двумя направлениями, я считаю, что вы можете «научиться» той интуиции, которую хотите получить.

Я не смог найти MC34063 в библиотеке LTSpice, но вы можете выполнить упражнение из таблицы, а затем вытащить Joule Thief или любой чип повышающего преобразователя из библиотеки LTSPice и подключить компоненты, которые дал вам данный сценарий, и это должно быть близко к тому, что вы хотите, и тогда вы можете настроить его. ХТН.