estimar la corriente a través del inductor en el circuito de CC con control PWM

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Estoy diseñando un circuito para controlar un electroimán (bobina con núcleo de hierro) a través de un MOSFET de canal N controlado por una señal PWM.

No puedo averiguar cómo derivar la relación entre el ciclo de trabajo de PWM y la corriente que obtendré en la bobina, y necesito saber esto ya que el campo magnético generado es una función de i.

Estas son las especificaciones del sistema:

  • Fuente de voltaje de CC: 7.5V
  • bobina L = 15 mH

¡Gracias por la ayuda!

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Gracias por los comentarios hasta ahora: por supuesto que falta la resistencia, ¡me olvidé de eso! En este punto, tengo la bobina con L = 15mH y R = 2.4 Ohm. Y no, no son cursos, solo un proyecto personal.

Entonces, la corriente en el circuito debe ser i = V / R (1 - e ^ (- Rt / L)). El valor de estado estable es, por lo tanto, i = V / R.

Con esto en mente, pensé en ajustar esto a PWM de la siguiente manera:

V = Vcc *% pwm (% pwm: ciclo de trabajo), por lo tanto, finalmente tengo una relación que une el ciclo de trabajo con la corriente a través de la bobina.

Sin embargo, esto resulta estar apagado en comparación con los datos experimentales que tomé: por ejemplo, para un ciclo de trabajo del 20%, esperaría que V = 1.5 V ei = 0.625 A. En realidad, sin embargo, mido un voltaje alrededor de 1.1 V.

¿A qué se debe esto? Pensé que podría estar vinculado a la frecuencia PWM, pero es de 3.9 kHz, ¡lo que parece más que suficiente!

Finalmente, también hice un modelo en Simulink para tratar de entender el problema, y estos son los gráficos que estoy obteniendo:

Locuriosoesqueestoyobteniendovalorespromediodecorrienteyvoltajemuchomásaltosdeloquedeberíanser.Además,¿porquéelgráficodevoltajevaríacomoun"diente de sierra" en lugar de la señal PWM cuadrada?

Gracias de nuevo!

Actualización 2

Bien, entonces creo que logré obtener mi modelo ahora mismo, ¡gracias de nuevo por la ayuda a todos!

En este punto, creo que tengo un modelo bastante bueno de la relación entre el ciclo de trabajo de PWM y la corriente a través de la bobina.

Esta es mi salida actualizada de Simulink para un ciclo de trabajo del 50%:

Graciasdenuevo

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta Niccolò Zapponi

2 respuestas

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Idealmente, un circuito PWM de frecuencia suficientemente alta con un diodo perfecto de interruptor y captura le dará \ $ \ alpha \ $ veces la corriente que obtendría con un ciclo de trabajo del 100% (donde 0 \ $ \ le \ alpha \ le 1 \ $ es el ciclo de trabajo). En este caso, ha dibujado el circuito como si tuviera un inductor sin resistencia, por lo que la corriente aumentaría sin límite. Por lo tanto, debe incluir la resistencia de CC de la bobina en su análisis.

Editar: algo está obviamente jodido con tu modelo. A continuación se muestra una simulación de la corriente de inducción de arranque desde cero con buenos modelos de todas las partes como se muestra, y una frecuencia de 4 kHz y un ciclo de trabajo del 50%.

Lacorrientepromedioesdealrededorde1.428A.Lapredicciónidealfuedel50%de7.5V/2.4ohmso1.56A,sinembargo,hayunaciertapérdidaenelMOSFETyeldiodo.

Susdatos"experimentales" no suenan demasiado lejanos, ya que dije que hay pérdidas en el diodo y MOSFET (principalmente el diodo en este caso). Si desea un resultado más ideal, puede reemplazar el diodo Schottky por otro MOSFET (conduzca la bobina por medio puente).

Si el Schottky Vf es de 330mV a 0.5A y el MOSFET tiene 100mV cuando está encendido, entonces con un ciclo de trabajo del 20%, el voltaje que verá R + L es de + 7.4V cuando está encendido y -0.33V cuando está apagado, un promedio de 0.2 * 7.4 + 0.8 * -0.33 = 1.216V, por lo que la corriente promedio será 0.506A, que es muy cercana a lo que muestra la simulación.

    
respondido por el Spehro Pefhany
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El voltaje promedio es más bajo de lo que esperaba porque back-emf hace que el voltaje a través de la bobina supere los Vcc cuando se apaga el FET. Luego, el diodo conduce y limita el voltaje de la bobina a aproximadamente 0.7V por encima de Vcc, por lo que en realidad oscila de + 7.5V a -0.7V (no de 7.5V a 0V).

Si el FET se enciende y apaga completamente, la forma de onda de voltaje a través de la bobina debe ser rectangular y la corriente debe ser casi de CC con solo una pequeña cantidad de ondulación triangular. Sin embargo, su diagrama de simulación cuenta una historia diferente, tal vez debido a una inductancia incorrecta y / o una unidad de puerta insuficiente.

    
respondido por el Bruce Abbott

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