¿Por qué mi simple convertidor elevador me está dando un voltaje de salida pico tan alto?

Su refuerzo funciona en modo de conducción discontinua o DCM (la corriente del inductor se pone a cero en cada ciclo de conmutación). El ciclo de trabajo se convierte en una función de la carga, así como el ciclo de trabajo. Si aumenta la carga, el valor del inductor o la frecuencia de conmutación, llegará a un punto en el que verá su regulación donde la espera, lo que se denomina CCM o modo de conducción continua. La corriente del inductor no cae a cero, sino que fluye continuamente. Su fórmula de ciclo de trabajo será válida aquí.

20 kHz es muy lento para un convertidor boost. 14A corriente de inductor pico también es poco realista. La mayoría de los convertidores de refuerzo de PFC funcionan de 70 a 100 kHz. Los convertidores de baja frecuencia generalmente necesitan inductores más grandes. Si desea alcanzar el CCM a 20 kHz, necesitará un valor de inductancia de impulso mucho mayor. Pruebe 470uH en su simulación y verá el voltaje más cerca de 12V. (Si tuviera un controlador en su modelo, ajustaría automáticamente el ciclo de trabajo para lograr 12V independientemente de la operación de CCM o DCM).

Debido a que su convertidor es tan pesado en el DCM, el voltaje del nodo de conmutación se parece al voltaje de salida. Si te acercas más a CCM, verás una imagen más clara.

Para esta simulación, el capacitor tiene un tamaño tal que la caída del voltaje en el tiempo de encendido del interruptor (causada por la carga) no es excesiva. En la vida real, hay otros parámetros importantes (la estabilidad general del bucle, la corriente de ondulación y la clasificación de vida útil) que debe tener en cuenta, junto con la elección adecuada del MOSFET, la recuperación inversa y la suavidad del diodo boost ...

Con los valores de los componentes que ha seleccionado, es más adecuado para ejecutar con la frecuencia de 200 kHz. Incluso a 200 kHz, encuentro que un condensador de salida más adecuado puede ser más como 33 o 47uF.

Si está utilizando un inductor ideal sin una resistencia en serie equivalente especificada, le sugiero que pruebe uno de los inductores realistas de la biblioteca LTSpice como el Coiltronics CTX10-3. Ese tiene un DCR de 0.028 ohmios. Eso ayudará a reducir el aumento inicial de la corriente de arranque.

También tenga en cuenta que un diseño realista con un controlador VR de conmutación real tendría una función de arranque suave que gradualmente lleva el ciclo de trabajo de PWM a su nivel operativo sin la gran oleada inicial. Además, un controlador monitorearía el voltaje de salida a través de un divisor y lo compararía con una referencia para ajustar continuamente el ciclo de trabajo de PWM, regulando así el voltaje de salida.

También he tenido problemas con este circuito en LTspice. No creo que mi problema sea exactamente el mismo que el tuyo, pero este es el único resultado decente cuando busco el "convertidor de refuerzo de ltspice", así que pondré mi respuesta aquí.

Aquí están las cosas que hice mal:

1. Utilicé el modelo genérico "nmos". No funciona No sé por qué, pero parece que tiene una resistencia muy alta, incluso en el estado de encendido, lo cual es extraño. De todos modos, la forma de solucionarlo es colocar el nmos genérico, luego hacer clic derecho y hacer clic en "Elegir nuevo transistor", luego elegir uno de la lista, por ejemplo. IRFP4667.

2. Mi condensador de filtrado era demasiado grande. Esto significa que el voltaje de salida toma el orden de segundos para establecerse (bueno en la vida real, pero molesto en una simulación).

Aquí está mi último circuito:

Detalles (probablemente no críticos):

• Le di a la fuente de voltaje de 5 V una resistencia en serie de 1 ohmio.
• El inductor tiene una resistencia en serie de 6 ohmios.
• Los parámetros del tren de impulsos son Ton = 8us, Toff = 2us (T = 10us; 100 kHz).

¡Si alguien sabe por qué el modelo estándar de nmos no funciona, hágamelo saber!