Aufwärtswandler verstehen

Ich weiß, dass der Fragesteller eine Antwort akzeptiert hat, aber ich denke nicht, dass sie in der jetzigen Form ausreicht, also biete ich an, was ich für eine bessere Sicht der Dinge halte. Das Hauptproblem ist, dass ich denke, dass der Wiki-Artikel auch besser sein könnte. Es besagt, dass ein Aufwärtswandler eine Art SMPSU ist ....

... die mindestens zwei Halbleiterschalter (eine Diode und einen Transistor) und mindestens ein Energiespeicherelement, einen Kondensator, eine Induktivität oder beides in Kombination enthalten.

Ich denke, die einzig vernünftige Form des Aufwärtswandlers, die in der Elektronik verwendet wird, enthält immer eine Induktivität und einen Kondensator. Hier ist ein vernünftigeres Diagramm, das später im selben Wiki-Artikel gezeigt wird: -

Bevor der Schalter zum ersten Mal schließt, ist zu sehen, dass der Kondensator und der Widerstand mit der ankommenden Versorgung verbunden sind ($V_I$) über die Diode. Dadurch wird die Kappe vorgeladen$V_I$minus einem Diodenabfall (0,6 V für normale Dioden und vielleicht 0,3 V für eine Schottky-Diode). Stromfluss ist ca$\dfrac{V_I}{R}$.

Beim ersten Schließen des Schalters baut sich der Induktorstrom ab$\dfrac{V_I}{R}$auf einen höheren Wert. Es sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass die Diode verhindert, dass der Schalter Energie von dem Ausgangskondensator entlädt, weil sie in Sperrichtung vorgespannt ist.

Wenn der Schalter öffnet, möchte der Induktorstrom weiter in die gleiche Richtung fließen, und der einfachste Weg führt über die Diode, die "neue" Energie in den Kondensator drückt (leicht auflädt). Ein Teil dieser Energie fließt in den Widerstand/die Last, aber der Großteil lädt den Kondensator (in herkömmlichen Anwendungen).

Nach einigen Zyklen beginnt die Kondensatorspannung nun höher zu steigen als die eingehende Versorgung, und genau das versucht ein Aufwärtsregler zu tun.

Unter der Annahme, dass der Lastwiderstand einen festen Wert hat und das Puls-Pausen-Verhältnis konstant bleibt (aus Gründen dieser Erklärung), wird ein Punkt erreicht, an dem die vom Lastwiderstand verbrauchte Energiemenge (pro Schaltzyklus) der freigesetzten Energiemenge entspricht vom Induktor. Das Gleichgewicht ist erreicht und es kann Folgendes gesagt werden: -

Gespeicherte Energie, die den Induktor auflädt x Schaltfrequenz = Verlustleistung im Lastwiderstand.

Dies ist ein einfacher DCM-Aufwärtswandler. CCM-Wandler hinterlassen Restenergie in der Induktivität und arbeiten mit einem höheren durchschnittlichen Induktivitätsstrom und gehen über den Rahmen dieser einfachen Erklärung hinaus.

Wenn beispielsweise die Last 10 W aufnahm und der Schalter mit 100 kHz schaltete, ist die gespeicherte (und freigesetzte) Induktorenergie =$\dfrac{10}{100,000}$= 100$\mu J$. Natürlich gibt es einen kleinen Verlust in der Diode, aber diese Energiegleichung ermöglicht es Ihnen, die Größe der benötigten Induktivität und das Tastverhältnis des Schalters zu berechnen.

Wenn der Lastwiderstand zunimmt, sollte das Tastverhältnis des Schalters sinken, um die gleiche Spannung am Ausgang aufrechtzuerhalten, und wenn der Lastwiderstand abnimmt, sollte das Tastverhältnis des Schalters zunehmen, um die gleiche Spannung am Ausgang aufrechtzuerhalten.

Es gibt keine Mathematik dazu! Angenommen, Sie beziehen sich auf dieses Diagramm: _{(Quelle: wikimedia.org )}

Grundsätzlich haben Sie eine Versorgung, wenn der Schalter geschlossen ist, beginnt sich das Magnetfeld um die Induktivität aufzubauen. Wenn der Schalter öffnet, fällt der Strom aufgrund des erhöhten Widerstands des Stromkreises ab. Da Induktoren Stromänderungen nicht besonders mögen, bricht das Magnetfeld um den Induktor herum zusammen und erzeugt Strom in der gleichen Richtung wie die Batterie. Dadurch werden die beiden in Reihe geschaltet und voila, die Spannungen addieren sich, wodurch Sie eine höhere Spannung erhalten.

Hoffe das hilft!

Noch zwei Punkte:

1. Der Ausgangskondensator ist notwendig, bevor das System den stationären Zustand oder das Gleichgewicht erreicht hat, erhält er Energie von der Induktivität, die sich bei jedem Schaltzyklus entlädt, wodurch seine Spannung ansteigt. Diese Delta-Spannung während jedes Schaltzyklus ist jedoch klein im Vergleich zu VIN oder VOUT, sodass Sie denken können, dass VOUT während jedes Schaltzyklus konstant ist, sodass zwischen der Induktivität eine konstante Spannung (VOUT-VIN oder Delta-Spannung) besteht, also a linearer Entladestrom für Induktivität. Übrigens wird VOUT-VIN vor dem Erreichen des stationären Zustands immer größer (weil die Spannung am Kondensator durch viele Schaltzyklen aufgebaut wird), sodass Sie eine steilere Steigung für die Entladekurve des Induktorstroms erwarten können.
2. Der Lastwiderstand ist ebenfalls erforderlich. Wie Sie sich vorstellen können, kann der Wandler nur die Spannung erhöhen (aufbauen), egal wie klein das Tastverhältnis ist, er lädt immer noch den Ausgangskondensator auf. Um den stationären Zustand zu erreichen, benötigt das System auch den Lastwiderstand, um die Spannung zu senken. Es gibt einen sehr extremen Fall, wenn Sie den Lastwiderstand trennen, der Wandler in den Impulsüberspringungsmodus wechselt (das System schaltet immer noch wegen des Leckstroms), oder die Ausgangsspannung steigt über die gewünschte VOUT.