DC - Cálculos del convertidor de DC Boost

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He estado intentando simular un convertidor DC-DC Boost en 'CircuitLab', en lugar de seguir la ruta de usar un IC. He decidido ir por la 'ruta tradicional' y usar un MOSFET, simplemente porque necesito para poder variar digitalmente el ciclo de trabajo de la frecuencia de conmutación que se manejará desde un Arduino Uno. He usado las ecuaciones de Texas Instruments . Sin embargo, no estoy seguro de si esto es así. Sigo trabajando con mi circuito ya que estos cálculos se utilizan con un IC.

Los requisitos para mi convertidor son los siguientes;

  • Vin = 3v
  • Vout = 14v
  • Iout = 500mA
  • Frecuencia de conmutación = 100KHz

Basándome en las ecuaciones dadas, he podido realizar los siguientes cálculos;

  • ciclo de trabajo = 0.83
  • Corriente de ondulación del inductor = 0.47A
  • Inductor = 50uH
  • Corriente de conmutación máxima = 3.17A
  • Condensador de salida = 41uF

Cuando seleccioné un MOSFET, la característica principal que busqué fue convertirlo en un MOSFET de 'Nivel lógico' - Como el PWM será expulsado de un Arduino. El MOSFET elegido es el 'STB55NF06L' con un RDS de VGS = 5v, 27.5A.

Para decidir qué diodo usar, verifiqué si la Corriente de pico pico no repetitiva era > que IOut. Además, elegí un diodo con un tiempo de recuperación inverso corto. El diodo seleccionado es el '1N5819'.

Desde que decidí sobre estos componentes, he intentado ejecutar una simulación, pero no obtengo los resultados que deseaba. La salida no está aumentando en absoluto, Vout está cayendo a 2.5v. ¿Alguna idea sobre cómo puedo solucionar esto?

Aquí está mi diagrama de circuito;

Actualizar;

Heconstruidoelconvertidorboostutilizandolainformaciónqueherecopiladodelasrespuestasdadasymeheencontradoconunpequeñoproblema.Heutilizadouninductorde22uHyuninductorde33uHqueteníadisponibledeinmediato(FT00765yFT00766).Comoestosinductorestienenunacalificacióndecorrientebastantebaja,nopudierontomarlacorrientedemicircuito,comoresultado,seestáncalentandoincreíblemente.Entiendoquenecesitocompraruninductordelmismovalorperounacalificaciónactualmásalta.Sinembargo,loquenoentiendoesladiferenciaentrelacalificaciónactualylacalificacióndesaturaciónactual.Segúnmisimulación,lacorrientemáximaatravésdelinductoresdealrededorde16Aenelimpulsoinicial,yluegoseestabilizaentre2Ay4AenCCM.Porlotanto,heestadomirandoinductorestalescomo; 2300HT-220V-RC con una calificación actual de 19A, ¿sería este un inductor adecuado o debo buscar una alternativa? También he consultado AIRD-02-220K Que también se cose como un inductor factible.

    
pregunta Thaitan

2 respuestas

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TLRD: tus cálculos están bien. Me confundí al compararlos con una calculadora diferente que se enfocaba en DCM y no en CCM. No cambiaré las cosas a continuación porque Arsenal le respondió, y también podría ser útil para comparar los dos modos.

Su inductor parece demasiado grande en comparación con lo que obtengo en enlace

Yparecequetuinductoresdemasiadogrande:

@ArsenalN.B.:Descubríladiferenciaentreestasdoscalculadoras.TheadafruitoneleofreceunasoluciónDCM(mododecorrientededescuento),mientrasqueTIledaunasoluciónCCM.

Cuálespreferible depende de varios factores . Básicamente, a altas corrientes de salida desea que el CCM reduzca las pérdidas y las tensiones en los componentes, pero el DCM tiene una mejor respuesta transitoria. Mucho más sobre eso se puede leer en aquí , incluyendo una fuente de alimentación de lado a lado Ejemplo de cálculo de eficiencia.

    
respondido por el Fizz
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Cuando abro su esquema , puedo ver que solo está simulando 100µs o 10 ciclos de PWM. Su voltaje no llegará en ese lapso de tiempo.

Entonces, en lugar de eso, intente simular 15 ms (depende del diseño):

Probemosuncálculoaproximadodeloquesucede(estoesrealmenteunaparteposteriordelcálculodeltipodesobre):

Tieneunacorrientedepicode3,17A,queiráalcondensadordesalidaenun17%delos100kHz(porsupuestoquesereducirá,peroesonoloharéahora).

Porlotanto,habráunacargadel17%/100kHz*3.17A=5.4µCtransferidaalasalida.Siasumimosunacargadecorrienteconstantede500mA(quenoson28Ohmios),duranteunciclotomará500mA/100kHz=5µCdelasalida.Asíobtenemosuntotalde0,4µCporciclocargado.Elvoltajeaumentaen0.4µC/47µF=8.5mVporciclo.

Paraobtenerdelpuntodeiniciode2.5Va13V,necesitaríasalmenos1250cicloso12,5ms.

Bueno,resultómásrápido,peroesoesunbosquejoaproximadodeloquepuedesesperar.

Unacosaquepareceunpocoextrañaeselvalordelinductorde50µH:parecequelanotadelaaplicaciónTIutilizaunenfoquedelcálculoligeramentediferentealqueobtuvedeLT:graciasaRespawnedFluffporverificarlosvalores.Acontinuaciónsemuestramicálculo,queestáobsoletoenesecaso.

Normalmente,seobtieneunacorrientederizadodel20%al40%delacorrientedelinductorpico.(esevaloresuncompromisocomoseexplica aquí )

Así que vamos desde aquí: $$ I_ {Peak} = I_ {avg} + \ frac {\ Delta I_L} {2} $$ y $$ \ Delta I_L = 30 \% I_ {Peak} $$

lo que nos lleva a:

$$ \ Delta I_L = \ frac {0.3 I_ {avg}} {0.85} $$

Y con:

$$ I_ {avg} = \ frac {V_o} {\ eta V_i} I_ {out} $$

Llegamos a:

$$ \ Delta I_L = \ frac {0.3 V_o I_ {out}} {0.85 \ eta V_i} $$

Para el caso ideal (\ $ \ eta = 1 \ $) obtenemos un resultado de 0.824 A como corriente de rizado. Aproximadamente el doble de lo que calculaste.

Con eso y la ecuación dada en la nota de aplicación de TI:

$$ L = \ frac {V_i (V_o-V_i)} {\ Delta I_L f_s V_o} $$

Obtengo un valor de 28.6 µH. (que no es un valor común, el siguiente valor sería 33 µH o 27 µH)

    
respondido por el Arsenal

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