Error en la simulación de un convertidor Buck DC / DC usando LTspice

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Estoy usando LTspice para simular un conversor Buck, pero no obtengo el voltaje de salida esperado y no entiendo por qué.

La especificación es simple: necesito obtener un voltaje de salida que sea la mitad de la entrada. Este es el circuito que estoy usando en la simulación:

EstoyusandounPWMde100kHz,conunatasadeserviciodel50%,yelvalordelainductanciaseeligióusandoellímiteinferiorparamantenerelcircuitoenCCM(usandolafórmulaL>D.(Vin-Vout)/(f.0,2.i),dondeDeslarelacióndetrabajo,feslafrecuenciaysupongounaoscilacióndel20%enlacorrientedecargai).

Elresultadoqueobtengodelasimulaciónes:

No obtengo los 6.5V que se esperan en la salida. ¿Hay algún error conceptual aquí?

Gracias

    

4 respuestas

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Si todo lo que desea es simular, entonces un enfoque de comportamiento podría ser más práctico que usar elementos de curcuit reales, como un MOS (que, como veo, y como dicen las otras respuestas, tiene problemas para hacerlo correctamente) . En su lugar, puede utilizar el interruptor controlado por voltaje.

El voltaje de control que está utilizando para ese MOS está usando un tiempo de subida / caída cero, que no puede ser físicamente cierto (no hay subida / caída instantánea en la naturaleza), por lo que LTspice lo establece, de forma predeterminada, en 10% del Ton . En este caso, para Ton = 5 \ $ \ mu \ $ s, Trise = Tfall = 1 \ $ \ mu \ $ s, que no solo le da un tiempo de transición terrible, sino que también extiende el valor de Ton, desde el 50% Reducción al 50% de caída, a tonelada + (Trise + caída) / 2 = 6 \ $ \ mu \ $ s.

Sus otros valores, para el filtro LC, por ejemplo, están muy bien elegidos: 1H y 10nF? ¿Cómo calculaste eso? Me saltearé la carga, ¿tal vez quisiste ver la salida de carga abierta? De alguna manera lo dudo.

Si está utilizando el diodo predeterminado, ayudaría a configurar sus parámetros epsilon y revelsilon , que controlan la región de la rodilla para que sea una simple aproximación cuadrática, evitando así las transiciones bruscas que pueden hacer que el solucionador produce timestep too small de errores debido a la posible discontinuidad que resulta en una derivada clara alrededor de ese punto. O bien, puede mantener las cosas simples y usar el modelo predeterminado, casi real, simplemente configurando .model d d Cjo=1p , que solo agrega una capacitancia a la unión para mejorar la convergencia, a la vez que descarta el modelo ideal.

Además, usar startup y uic , ambos, no es redundante, pero tampoco se recomienda (a menos que haya especificaciones estrictas, ¿verdad?). En su caso, está iniciando una aplicación de conmutación, por lo que no es necesario.

Aquí hay una versión revisada de lo que necesita, con algunos valores recalculados para una salida de 6.5V@1A:

Estoytotalmentedeacuerdocon@DaveTweed,muyamenudolaspersonasseapresuranaculparalaherramientaenlugardealusuario.

Estoesloqueseríaunaconfiguracióncasireal:

Tenga en cuenta el PMOS (generalmente cuando está en el lado alto), impulsado por una señal que está entre GND y 13V (o cerca, algunas pérdidas simuladas), como han sugerido las otras respuestas, y algunos parásitos. Por lo general, en lugar de V2 , hay algún tipo de control, modo de voltaje o corriente, esa es una pregunta diferente, pero que deberías poder encontrar ya respondida.

    
respondido por el a concerned citizen
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Sí. Está utilizando un MOSFET de canal N como su elemento de conmutación y lo conduce con una señal que solo llega a + 5V.

El MOSFET funciona como un seguidor de la fuente cuando está encendido, y el voltaje de salida solo puede subir hasta Vg - Vth, que en este caso es solo de aproximadamente 1.6 V

Use un MOSFET de canal P, accionado con una señal de puerta que sea negativa con respecto a su voltaje de fuente (la tensión de alimentación), o use un controlador MOSFET de canal N adecuado que pueda conducir la puerta anterior la tensión de entrada.

Tenga en cuenta que si simplemente hubiera trazado el voltaje en el diodo, esto habría sido bastante obvio. Nunca puedo entender por qué la gente usa simuladores, y luego no aprovecho toda la información que tienen para ofrecer ...

    
respondido por el Dave Tweed
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Además de lo que dijo Dave, en lugar de usar modelos genéricos, intente asignar un MOS real y un diodo real haciendo clic derecho en cada componente y luego en "Elegir nuevo MOSFET" y "Elegir nuevo diodo". Esto podría permitirte obtener un mejor resultado. Aún no obtendrá el resultado que espera debido a las pérdidas. Probablemente deba modificar un poco el ciclo de trabajo.

    
respondido por el user187746
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Sospecho que no sabes la regla general de que Vgs debe ser mayor que 2.5 x Vt para obtener un RdsOn razonable.

Puede ser más para dispositivos de umbral de 2 ~ 4V y menos para Vt < 1V. Donde Vt == gs (th). Peor caso

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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