¿Por qué el voltaje de salida del convertidor Boost disminuye a alta potencia?

Si es necesaria una buena regulación de un convertidor DC-DC, el método típico para lograrlo es usar retroalimentación. Esto reduce efectivamente la impedancia de salida de la fuente para que no varíe con la corriente de carga.

Un convertidor de bucle abierto que opera en un ciclo de servicio fijo tiene una impedancia de salida mucho mayor debido a la resistencia de los interruptores, el DCR del inductor, la resistencia de las trazas, la resistencia de la fuente de la fuente de entrada y el caer a través del diodo.

Por lo tanto, se espera que la caída de la tensión de salida con la corriente de carga sea normal.

A una frecuencia de conmutación de 15 kHz, debe poner

$$ \ frac {1000 W} {15 kHz} = 66.7 mJ $$

de energía en el inductor en cada ciclo de conmutación. Con un inductor de 4 mH, esta sería una corriente máxima de

$$ \ sqrt {\ frac {2 \ cdot 66.7 mJ} {4 mH}} = 5.77 A $$

Sin embargo, cuando aplica 120 V a ese inductor, las rampas de corriente a una velocidad de

$$ \ frac {120 V} {4 mH} = 30 A / ms $$

pero solo lo estás dando

$$ \ frac {0.68} {15 kHz} = 45.3 \ mu s $$

cargar, lo que solo le permite llegar

$$ 45.3 \ mu s * 30 A / ms = 1.36 A $$

Por lo tanto, con o sin retroalimentación, este diseño no puede convertir 1000W.

Por cierto, a estos niveles de potencia, estaría buscando construir un convertidor multifase, con 3 o 4 conjuntos de bobinas e interruptores. Todos operan en el mismo ciclo de trabajo, pero con una sincronización escalonada. Esto hace que la ondulación de entrada y salida sea mucho más fácil de manejar.

EDITAR: El análisis anterior es solo para DCM (modo de conducción discontinua). Se puede hacer que el convertidor funcione con esos parámetros en CCM (modo de conducción continua), como se muestra en la siguiente simulación. (Si lo ejecuta, tenga en cuenta que el transitorio de inicio demora unos cientos de milisegundos. Agregué R2 para ayudar a controlarlo).

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

La clave a tener en cuenta aquí es que la corriente máxima en la bobina es de casi 13 A, por lo que su índice de corriente de saturación debe estar cómodamente por encima de eso. El interruptor y el diodo también deben poder manejar esta corriente.