Pérdida de potencia de CA del inductor en un convertidor reductor

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Tengo un equipo personalizado que da un valor para la pérdida de alimentación de CA (Pac) para un inductor enchufado en un circuito convertidor reductor interno. El equipo personalizado tiene un osciloscopio que monitorea el voltaje a través del inductor y la corriente a través de él. Estoy tratando de averiguar cómo se calcula este valor utilizando estos datos. Dado que el circuito es un convertidor reductor, el voltaje a través del inductor es una forma PWM, con el voltaje alrededor de Vin-Vout mientras el PMOS está activado, y aproximadamente -Vout cuando el PMOS está apagado. La corriente es una onda de rampa con una polarización de CC, ya que el convertidor Buck se está ejecutando en CCM. También me estoy asegurando de ejecutar el circuito para que el inductor esté lejos de saturarse.

He intentado lo siguiente sin éxito:

Pac = (D T (Vin-Vout) * Iripple) - ((1-D) T Vout * Iripple)

donde D es el ciclo de trabajo entre 0 y 1, T es la inversa de la frecuencia de conmutación.

La forma en que se me ocurrió esto es que, para un inductor perfecto, toda la energía de CA que se almacena durante el período de carga se descargará durante el período de descarga. Dado que el inductor tiene algunas pérdidas de CA por corrientes de Foucault e histéresis, tomé la energía durante el período de carga y resté la energía durante el período de descarga y lo que quedaría es la pérdida. Esto obviamente no es correcto, ya que no estoy recibiendo los mismos valores que el equipo.

¿Alguna idea?

    
pregunta Brett Prudhom

2 respuestas

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A primera vista, tu fórmula da una energía (Joule), no potencia (Watt) ...

Si el " ... equipo personalizado tiene un osciloscopio que monitorea el voltaje a través del inductor y la corriente a través de él ... ", entonces las pérdidas del inductor pueden calcularse directamente desde el valores medidos (es decir, desde la definición de la potencia promedio) como:

\ $ P_ {pérdidas} = \ frac {1} {T} \ int_0 ^ Tv (t) i (t) dt \ $, (valor promedio de la potencia instantánea durante el período)

donde v ( t ) es la forma de onda del voltaje a través del inductor, i ( t ) es la forma de onda de la corriente a través de ella y T es el período de estas formas de onda. Siempre que el osciloscopio sea un equipo de digitalización, entonces, en principio, las muestras correspondientes de voltaje y corriente desde dentro de un período deben multiplicarse, sumarse, multiplicarse por el intervalo de muestra y dividirse por el período ( T ) longitud.

Por ejemplo, se puede utilizar el método de integración trapezoidal:

Si hay n muestras equidistantes (de \ $ v_i, i_i \ $, i = 1 a n) que cubren un período T, entonces las pérdidas se pueden calcular de la siguiente manera:

\ $ P_ {pérdidas} = \ frac {1} {(n-1)} \ cdot (\ frac {{v_1} \ cdot {i_1} + {v_n} \ cdot {i_n}} {2} + \ Sigma_ {i = 2} ^ {n-1} v_i \ cdot i_i) \ $

2015-04-12, \ $ \ textbf 1 ^ {st} \ $ appendix

Como ya dije al principio, tu fórmula no está bien. Al principio, la T de la misma es superflua (ya está incorporada en el ciclo de servicio , D ). Echémosle un vistazo más de cerca. Se puede reescribir (omitiendo la T , por supuesto) como:

\ $ P_ {AC} = [D \ cdot (V_ {IN} -V_ {OUT}) - (1-D) \ cdot V_ {OUT}] \ cdot I_ {RIPPLE} = (D \ cdot V_ {IN} -V_ {OUT}) \ cdot I_ {RIPPLE} \ $,

pero ya está bien?

Usted escribió "... Como el inductor tiene algunas pérdidas de CA debido a la corriente de Foucault y la histéresis, tomé la energía durante el período de carga y resté la energía durante el período de descarga y lo que quedaría es la pérdida ... ".

En principio, esta idea es correcta en mi opinión, pero:

  1. El voltaje en L durante \ $ t_ {ON} \ $ (término con D multiplicador) es: \ $ V_ {L \ _on} = V_ {IN} -V_ {PMOS \ _SWITCH \ _ON} -V_ {OUT} \ $,
    no solo \ $ V_ {IN} -V_ {OUT} \ $ (la contribución del interruptor PMOS no es despreciable).
  2. El voltaje en L durante \ $ t_ {OFF} \ $ (término con (1- D ) multiplicador) es: \ $ V_ {L \ _off} = - (V_ {OUT} + V_ {DIODE \ _SWITCH \ _ON}) \ $,
    no solo \ $ -V_ {OUT} \ $ (ni la contribución del interruptor de diodo es despreciable).
  3. Si suponemos que los voltajes anteriores son constantes durante sus intervalos de tiempo y que la corriente de onda es " pura " en forma de onda de diente de sierra, entonces el valor que debe usarse en el cálculo en el lugar de la corriente es \ $ I_ {RIPPLE} / 2 \ $ (es decir, su valor promedio: se sigue de la primera fórmula, porque si v ( t ) = const., Entonces puede se debe tener en cuenta la integral y el resto es el valor promedio de la corriente de rizado).

La fórmula resultante será entonces:

\ $ P_ {AC} = [D \ cdot V_ {L \ _on} + (1-D) \ cdot V_ {L \ _off}] \ cdot \ frac {I_ {RIPPLE}} {2} \ $

(\ $ V_ {L \ _off} \ $ es negativo en relación a \ $ V_ {L \ _on} \ $, tenemos que medir ambos voltajes de la misma manera, por eso se usa el operador "+" en la fórmula)

Sin embargo, es cuestionable si las presunciones especuladas (3) son "suficientemente" válidas / cumplidas y cuánto afectan la precisión del resultado.

    
respondido por el Eric Best
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El equipo personalizado probablemente simplemente multiplica el voltaje instantáneo y la corriente instantánea en el inductor para obtener potencia instantánea. Cuando el PMOS está encendido, el inductor está recibiendo energía, y cuando está apagado, el inductor está emitiendo energía. El equipo personalizado probablemente simplemente agregue estos valores (suponiendo que la "potencia recibida" sea positiva y la "potencia dada" sea negativa), obteniendo la energía total que permaneció en el inductor, es decir, la energía que se perdió.

Esta es una forma directa y experimental de determinar las pérdidas en cualquier componente, por lo que no debe dudarlo. Ahora, si pudiera modelar correctamente el sistema, debería poder obtener una fórmula para las pérdidas. Sin embargo, su modelo es inadecuado porque no puede decir que la corriente cuando PMOS es Iripple. Esto solo funciona para el caso perfecto de onda de diente de sierra, y las pérdidas aparecerán precisamente al hacer que la onda de diente de sierra se parezca más a esto:

onda de decaimiento exponencial del diente de sierra http://img.deusm.com/planetanalog /2014/08/563378/Image-2.jpg

En esta onda, los valores promedio de las dos partes del ciclo son diferentes: una es más alta y la otra es más baja que el "valor medio".

    
respondido por el DoubtBearer