Praktischer vs. theoretischer Abwärtswandler

Ich suche derzeit nach Open-Loop-Abwärtswandlern. Ich betreibe es mit folgendem:

  • Schaltfrequenz (f) = 62500
  • Induktivität (L) = 100e-6
  • Eingangsspannung (Vi) = 5
  • Ausgangsstrom (Io) = 0,06

Damit habe ich den Ausgangswiderstand geändert, um zu beobachten, wie sich der Buck bei einem festen Ausgangsstrom und einer festen Eingangsspannung verhält, und den Ausgangswiderstand geändert.

Damit konnte ich folgendes erreichen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt einige Dinge in dieser Hinsicht, für die ich Schwierigkeiten habe, sie zu verstehen.

Die für CCM verwendete Gleichung im kontinuierlichen Modus ist Vo/Vi = Arbeitszyklus.

Die für DCM verwendete Gleichung lautet diskontinuierlich

v Ö v ich = 1 1 + 2 F L ICH Ö v ich ∗ D 2

Frage 1: Warum unterscheiden sich die experimentell erhobenen Daten von den theoretischen?

Frage 2: Der Dollar scheint DCM zwischen 0,2 und 0,8 zu betreten und zu verlassen. Ich verstehe nicht wirklich, warum das so ist. Ich habe versucht, es mathematisch zu tun, kann anscheinend nicht verstehen, warum das so ist.

Frage 3: Zwischen 0 und 0,2 Arbeitszyklus scheint es DCM und nicht CCM zu sein. Warum ist das?

Frage 4: Zwischen 0,8 und 1 Arbeitszyklus scheint es CCM und nicht DCM zu sein. Warum ist das?

Wenn der Ausgang leicht belastet (und mit niedriger Leistung) ist, speichert der Induktor nicht viel Energie, da die Energie vom Strom durch sie abhängt. Also nach dem Schalter schaltet sich die ind. Der Strom fällt schnell auf Null, dann schwingt der LC-Start natürlich durch die Freilaufdiode, was dazu führt, dass die Kappe wie im CCM-Fall auf eine höhere Spannung aufgeladen wird. Diese Oszillation wird durch das Licht R verursacht, wenn LC nicht abfällt.
Wenn ich die Werte für f, L, Io und Vi entweder in die Formel Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/(Vi*Duty Cycle)) oder in die Formel Vo/Vi = 1+ 1/( 1 setze + (2fLIo/Vi)*Duty Cycle) Ich bekomme die Kurve nicht, die in Ihrem Diagramm erscheint. Einer von uns scheint etwas falsch zu machen. Könnten Sie Ihre Formel auf DCM überprüfen? Wo hast du es bekommen?
Hallo, Entschuldigung, ich habe überprüft, ob ich die x- und y-Achse umgekehrt aufgetragen habe. die Gleichung ist korrekt, der Graph sollte nur in der y=x-Linie gespiegelt werden, um mit der gleichen Beschriftung korrekt zu sein. Ich habe die Gleichung aus meinen Notizen, kann sie mit Ihnen teilen, wenn Sie möchten.
Wenn ich die x- und y-Achse vertausche, erhalte ich immer noch nicht die gleiche Grafik. Soll Ihre Formel lauten Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/(Vi*Duty Cycle)) oder Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ (2fLIo/Vi)*Duty Cycle) oder etwas anderes ? Sind die Werte, die Sie für f, L, Io und Vi angeben, für die Grafik korrekt? Ich verwende Desmos.com zum Zeichnen.
Die Formel Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/Vi*Duty Cycle), wie auch immer man Klammern hinzufügt, kann nie kleiner als 1 für alle Werte von positivem f, L Io, Vi und Duty Cycle sein. Vielleicht soll das eine Formel für einen Aufwärtswandler sein? Auf jeden Fall ist es nicht die Formel, die in Ihrem Diagramm verwendet wird.
@MathKeepsMeBusy Ich habe irgendwie alle Fragen herausgefunden und einen kurzen Bericht darüber geschrieben, wenn Sie möchten, kann ich ihn Ihnen senden
@fred, stimmst du zu, dass "die Formel Vo / Vi = 1 + 1 / (1 + 2fLIo / Vi * Arbeitszyklus), wie auch immer man Klammern hinzufügt, für positive Werte von f, L Io, niemals kleiner als 1 sein kann, Vi und Arbeitszyklus. Auf jeden Fall ist es nicht die Formel, die in Ihrem Diagramm verwendet wird.
@MathKeepsMeBusy Hallo, tut mir leid, die Forumula aus guten akademischen Quellen lautet: Vo/Vi = 1/( 1+ (( 12fLIo)/(Vi*dutycycle)). Die Kurve wäre das, was ich gepostet habe, außer dass sie sich in y= widerspiegelt x-Achse Ich habe gerade versehentlich die y- und x-Achse auf MATLAB umgekehrt gezeichnet.Es kann nicht kleiner als 1 sein.Die Eingangsspannung ist immer über Null und da es ein Buck Vo <Vi ist, aber es kann keine negative Ausgangsspannung sein, ist es gerecht kleiner als die Eingabe.
Was ich entdeckte, war, dass es sich am Anfang in CCM befindet, dann in DCM und dann in CCM. Die Gründe dafür hängen unter anderem mit dem Ausgangswelligkeitsstrom und dem kritischen Stromwert zusammen.
Danke für die Korrektur deiner Formel. Es wäre schön, wenn Sie Ihr Diagramm neu erstellen würden, um auch die richtigen Achsen anzuzeigen. Ja, ich würde gerne wissen, warum die Schaltung von CCM zu DCM zu CCM ging. Vielleicht könnten Sie Ihren Bericht als Antwort posten, nachdem Sie das Diagramm korrigiert haben.
Leider stimmt die Formel selbst mit der neuen Formel, die Sie mir geben, nicht mit Ihrem Diagramm überein. Ich habe eine "Antwort" gepostet, die gelöscht werden muss, da es keine wirkliche Antwort ist. Es zeigt Ihnen jedoch die Form der Kurve, die durch die von Ihnen angegebene Formel erzeugt wird. Diese Kurve stimmt nicht mit der Kurve in Ihrem Diagramm überein, selbst wenn sie über die Linie y=x gespiegelt wird. Bitte erläutern Sie, wie Sie Ihr Diagramm erstellt haben, da Sie diese Formel nicht verwendet haben.
Bitte bearbeiten Sie Ihren Beitrag so, dass er ein Schema des Konverters enthält, den Sie für das Experiment verwendet haben. Ich nehme an, es verwendet einen FET und eine Diode zum Schalten von Elementen - aber Sie sollten es uns zeigen.

Antworten (1)

Frage 1: Warum unterscheiden sich die experimentell erhobenen Daten von den theoretischen?

Ihr vereinfachtes theoretisches Modell berücksichtigt nicht alle relevanten Eigenschaften der physikalischen Schaltung.

Frage 2: Der Dollar scheint DCM zwischen 0,2 und 0,8 zu betreten und zu verlassen. Ich verstehe nicht wirklich, warum das so ist. Ich habe versucht, es mathematisch zu tun, kann anscheinend nicht verstehen, warum das so ist.

Ihr Diagramm gibt einen Hinweis darauf, warum der Übergang bei ~ 20% und 80% PWM auftritt, da an diesen Punkten sowohl bei DCM als auch bei CCM dieselbe Ausgangsspannung auftritt. Wenn Sie die Stromwellenform für CCM untersuchen, sollten Sie feststellen, dass zwischen 20 % und 80 % der Mindeststrom in der Dreieckswelle negativ ist, was mit einem Single-Ended-Treiber (Schalter plus Flyback-Diode) nicht möglich ist.

Frage 4: Zwischen 0,8 und 1 Arbeitszyklus scheint es CCM und nicht DCM zu sein. Warum ist das?

Bei 100 % PWM muss der Induktorstrom kontinuierlich sein. Ob es bei niedrigeren PWM-Verhältnissen kontinuierlich oder diskontinuierlich ist, hängt davon ab, wie stark es sich beim Auf- und Abfahren ändert. Mit der von Ihnen gewählten PWM-Frequenz, Induktivität und Strom wird es bei mittleren PWM-Verhältnissen diskontinuierlich.

Um dies zu veranschaulichen, habe ich Ihre Werte in eine Halbbrücken-('synchrone') Abwärtswandlerschaltung eingefügt und sie in LTspice mit 'echten' Komponenten simuliert. Bei 50 % PWM war das Ergebnis wie folgt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die grüne Linie ist die Ausgangsspannung (2,5 V mit einer kleinen Welligkeit). Die blaue Rechteckwelle ist die Spannung über der Induktivität, und die rote Dreieckwelle ist der Strom, der durch sie fließt. In den ersten 8 ms steigt der Strom um 200 mA, da die Spule +2,5 V hat, dann fällt der Strom in den nächsten 8 ms um den gleichen Betrag, wenn die Spulenspannung auf -2,5 V schaltet. Damit der durchschnittliche Strom 60 mA beträgt, muss er von -40 mA auf +160 mA schwingen.

Wenn die Schaltung in einen einzelnen Schalter mit Flyback-Diode geändert wird, kann der Strom nicht negativ werden, da die Diode abschaltet und eine diskontinuierliche Stromwellenform erzeugt: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier sehen wir, dass abgesehen von einem gewissen Klingeln, während die Diode ausgeschaltet ist, der Strom während der Flyback-Phase nicht unter Null geht. Infolgedessen ist der Spitzenstrom, der erforderlich ist, um einen Durchschnitt von 60 mA zu erhalten, etwas geringer. Die Flyback-Diode hat im leitenden Zustand einen Spannungsabfall von ~0,7 V, was die Induktorspannung erhöht und die Abstiegsrate erhöht, während in der PWM-Ein-Phase die Induktorspannung reduziert wird, sodass der Strom langsamer ansteigt. Zum Ausgleich steigt die Ausgangsspannung auf knapp über 3 V.

Praktischer vs. theoretischer Abwärtswandler
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v