Понижающий преобразователь SMPS со схемой ШИМ

Я разрабатываю понижающий преобразователь со схемой ШИМ для школьного проекта, чтобы управлять переключателем MOSFET, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. Характеристики:

  • входное напряжение 20 В постоянного тока +/- 4
  • выходное напряжение 5В постоянного тока
  • Максимальный выходной ток 1А
  • Изменение напряжения не более 10% во всем диапазоне входного напряжения и нагрузки
  • Мин. КПД 80% при полной нагрузке
  • Нельзя использовать микроконтроллеры.

У меня возникли проблемы с поддержанием постоянного напряжения с помощью схемы ШИМ. При моделировании схемы напряжение составляет от 5,7 до 6 В. Не могли бы вы помочь мне исправить схему ШИМ и/или значения индуктивности и конденсатора? Они могут быть неправильными.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Таймер lm555 с транзистором BC557BG создает пилообразное напряжение, многократно заряжая и разряжая конденсатор C6. Операционный усилитель 741 настроен как дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 1, который будет вычитать напряжение выборки из выходного сигнала с опорным напряжением 5 В. Выход операционного усилителя 741 поступает на вход компаратора напряжения lm311n, а линейное напряжение — на другой вход, выходной сигнал должен быть прямоугольным с переменным рабочим циклом для управления полевым МОП-транзистором. Щелкните для полного размера. РЕДАКТИРОВАТЬ:

Схема
Светло-голубые линии представляют собой 5 В от стабилитрона, черные — заземление.

Пилообразная волна таймера 555 генерируется на частоте 30 кГц.Пилообразный

Основной понижающий преобразователь Расчеты , которые я использовал для выбора значений индуктивности и конденсатора. Я решил эти значения, установив LIR на 0,2 и dV на 75 мВ. Цепь обратной связи Суммирующий усилитель и компаратор напряженияБак конвертер
Индуктор
Конденсатор

Обратная связь
Обратная связь

Напряжение на выводе затвора MOSFETМОП-транзистор ворота

Входы компаратораВходы компаратора

Выходное напряжение до и после катушки индуктивностиВходы компаратора

Выходное напряжение не держится на уровне 5В, а медленно увеличивается до 10В.

Вам придется, по крайней мере, приложить усилия, чтобы объяснить, почему вы спроектировали это именно так, иначе вам будет трудно мотивировать нас приложить усилия для выяснения намерений.
Извините, я новичок в этом. Я добавил необходимые изменения
Мне не нравится, как вы управляете MOSFET. Обратите внимание, что ваш МОП-транзистор работает здесь в конфигурации повторителя напряжения (усилитель с общим истоком), а не в качестве переключателя. Это означает, что напряжение на источнике MOSFET не может быть больше 7,5 В - Vgs(th) = 5,5 В. Таким образом, ваша катушка не видит полного диапазона напряжения во время Ton (Vin - Vout = 15V). Чтобы исправить это, вам нужно использовать P-Channel MOSFET.
Я заменил МОП-транзистор на p-тип и переместил подтяжку на источник питания 20 В. Индуктор теперь видит полные 20v

Ответы (1)

Не исследуя вашу схему, я хочу кое-что порекомендовать. Подготовьте три каскада по обратной связи, а их сумму на другом операционном усилителе. Одна ступень является буферной, другая – интегрирующей, третья – производной. Каждый должен иметь хороший удобный потенциометр для установки усиления. После этого вы сможете настроить свою систему для достижения наилучшей производительности.

Редактировать

Самое главное, смоделируйте, прежде чем что-то паять!!!

Редактировать

Основываясь на предположении, что ваши компоненты соответствуют напряжению и току, и что вы знаете основы, я объясню, что вы должны сделать, чтобы замкнуть контур.

Добавлю еще немного информации. Прежде всего, ваш ШИМ-контроллер должен иметь пилообразную форму волны постоянной частоты и «командный сигнал», который в основном представляет собой напряжение, которое вы сравниваете с этой пилообразной формой. Если команда меньше зубца пилы, ваш переключатель включен, иначе – выключен. Убедитесь, что он работает для постоянной команды, это ШИМ-контроллер с разомкнутым контуром.

Теперь нужно закрыть петлю. Замыкание цикла в основном означает, что ваша ошибка равна нулю. Таким образом, вы должны, прежде всего, измерить его, вычитая выходное напряжение из опорного напряжения. Эталон генерируется стабилитроном с резистором. Либо можно взять ИС, которая сделает это внутри точнее. Выходное напряжение обычно выше опорного, поэтому используйте резисторный делитель, поэтому ошибка равна 0, когда разделенное напряжение равно опорному.

Теперь, когда у вас есть ошибка, подайте ее на три схемы операционных усилителей, которые я упомянул: одна с простым коэффициентом усиления, другая с интегратором, третья с дериватором. Добавьте все три - результат должен использоваться как командный сигнал ШИМ (помните?).

И вам придется настраивать систему, поэтому используйте потенциометры вокруг операционных усилителей.

Не могли бы вы уточнить порядок, в котором эти операционные усилители должны быть размещены, все ли вводы операционных усилителей берутся с выхода или они будут перетекать друг в друга?
Все три имеют свои входные данные от ошибки, что является разницей между выходными данными и эталоном.
Я добавил туда несколько слов. Извините, лень рисовать схему.
Спасибо за вашу помощь, схема ШИМ теперь выдает правильную прямоугольную волну, однако выходное напряжение не совсем правильное, но, вероятно, его можно отрегулировать с помощью потенциометров, как вы сказали. Просто как точку в правильном направлении, какие значения, скорее всего, повлияют на выходное напряжение и как?
Если вы сделали именно то, что я сказал, напряжение устанавливается резисторным делителем, где вы измеряете погрешность. Другие потенциометры влияют на такие вещи, как стабильность, полоса пропускания, регулирование и т. д. Кстати, все это называется ПИД-контроллером. Можешь сейчас выложить схему? И немного волн.
добавил новую схему
Хорошо, выглядит хорошо. Я не проверяю посылки и так далее, но вы поняли. Проблема в том, что я не могу понять ваши графики. Лук, сколько очков нужно, чтобы опубликовать это здесь? Также их схема плохо читается. Ищите подсказки на этом форуме о том, как нарисовать четкую схему.
10 Баллов, у меня есть сейчас, схема непонятна или слишком перегружена? Я разберусь с этим как можно скорее.
Скажем так, не случайно мне лень читать всю схему. Вот, запомните эту ссылку: electronics.stackexchange.com/questions/28251/…
Добавил схему, надеюсь теперь все в порядке.
Хорошо, намного лучше. У вас нет возможности настраивать U3. может резистор 1к? Теперь вопрос в том, как вы проверяете схему. Основной тест заключается в том, чтобы ввести ступенчатую функцию. Измените свой ввод с x на y и снова на x с определенной частотой (низкой! Возможно, 10 Гц) и посмотрите, как реагирует выход.
Ах, вы правы, ваше напряжение дрейфует. Проверьте интегратор-может он насыщается-достигнуто какое-то максимальное значение. Хотя я бы и не ожидал. Но в любом случае именно интегратор отвечает за то, чтобы долговременная ошибка оставалась близкой к 0. Другой вариант - вы не можете достичь более низкого рабочего цикла ШИМ. D=Vвых/Вин. Есть ли такая команда, чтобы гарантировать это?
Интегратор кажется насыщенным при 4,2 В, я не уверен, что вы подразумеваете под командой
Проблема собственно с дифференциальным усилителем, на выходе не доходит до 0в, насыщается на 882мВ (Наверное почему интегратор идет на 4.2?). Проверено путем подачи одинакового напряжения на оба входа. Есть ли способ исправить это?
Используйте питание +-15В. Это небольшой обман - в блоке питания вы должны оставить то, что у вас есть. Но позже просто найдите компоненты rail to rail и s3t виртуальный ноль выше 0. Опять же, позже
будут ли эти + и - 15 В использоваться для всех операционных усилителей или только для дифференциального усилителя?
Хм.. Я пропустил ваш пост, извините. Как дела? Во всяком случае, эти +-15В сначала должны быть использованы для всех из них. Но как только все заработает, вам придется найти операционные усилители rail-to-rail и соответствующим образом изменить конструкцию. Подумайте о встроенном контроллере buck: он использует минимум компонентов, точно не создает себе четыре дополнительных рельса. Максимум два: низкое напряжение для цепей управления и более высокое напряжение для повышения драйвера затвора NMOS.
Понижающий преобразователь SMPS со схемой ШИМ
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v