SMPS-Abwärtswandler mit PWM-Schaltung

Ich entwerfe einen Abwärtswandler mit PWM-Schaltung für ein Schulprojekt, um einen MOSFET-Schalter anzusteuern, um meine Ausgangsspannung konstant zu halten. Die Spezifikationen sind:

  • Eingangsspannung von 20 V DC +/- 4
  • Ausgangsspannung von 5V DC
  • Maximaler Ausgangsstrom von 1A
  • Nicht mehr als 10 % Spannungsänderung über den gesamten Bereich von Eingangsspannung und Last
  • Mindest. 80 % Wirkungsgrad bei Volllast
  • Es können keine Mikrocontroller verwendet werden

Ich habe Probleme, die Spannung mit der PWM-Schaltung konstant zu halten. Bei der Simulation der Schaltung geht die Spannung auf etwa 5,7 bis 6 V. Können Sie mir bitte helfen, die PWM-Schaltung und / oder die Induktor- und Kondensatorwerte zu korrigieren? Sie sind möglicherweise nicht korrekt.

BEARBEITEN: Der lm555-Timer mit dem BC557BG-Transistor erzeugt eine Rampenspannung, indem er den Kondensator C6 wiederholt lädt und entlädt. Der 741 Op-Amp ist als Differenzverstärker mit einer Verstärkung von 1 eingerichtet, der eine Abtastspannung vom Ausgang mit einer Referenzspannung von 5 V subtrahiert. Der Ausgang des 741 Operationsverstärkers geht in einen Eingang des lm311n-Spannungskomparators und die Rampenspannung in den anderen Eingang, der Ausgang sollte eine Rechteckwelle mit variierendem Tastverhältnis sein, um den MOSFET anzusteuern. Klicken Sie für Vollbild. BEARBEITEN:

Schema
Die hellblauen Linien stellen 5 V von der Zenerdiode dar, schwarz für Masse.

Die Sägezahnwelle des 555 Timer wird mit 30 kHz erzeugtSägezahn

Der Hauptabwärtswandler Die Berechnungen, die ich zur Auswahl der Induktor- und Kondensatorwerte verwendet habe. Ich habe diese Werte gelöst, indem ich LIR auf 0,2 und dV auf 75 mV eingestellt habe. Rückkopplungsschaltung Summierverstärker und SpannungskomparatorAbwärtswandler
Induktor
Kondensator

Rückmeldung
Rückmeldung

Die Spannung am Gate-Pin des MOSFETMOSFET-GATE

Die KomparatoreingängeKomparatoreingänge

Die Ausgangsspannung vor und nach der InduktivitätKomparatoreingänge

Die Ausgangsspannung bleibt nicht bei etwa 5 V, sondern steigt langsam auf 10 V an

Sie müssen sich zumindest die Mühe machen, zu erklären, warum Sie dies so entworfen haben, oder es wird schwierig sein, uns zu motivieren, uns die Mühe zu machen, die Absichten herauszufinden.
Entschuldigung, ich bin neu dabei. Ich habe die notwendigen Änderungen hinzugefügt
Ich mag die Art und Weise nicht, wie Sie MOSFET angesteuert werden. Beachten Sie, dass Ihr MOSFET hier in einer Spannungsfolgerkonfiguration (Verstärker mit gemeinsamer Quelle) arbeitet, anstatt als Schalter zu arbeiten. Dies bedeutet, dass die Spannung an der MOSFET-Quelle nicht größer als 7,5 V sein kann - Vgs(th) = 5,5 V. Ihre Spule sieht also während Ton (Vin - Vout = 15 V) nicht den vollen Spannungsbereich. Um dies zu beheben, müssen Sie einen P-Kanal-MOSFET verwenden.
Ich habe den MOSFET auf p-Typ geändert und den Pull-up auf die 20-V-Versorgung verschoben. Der Induktor sieht jetzt die vollen 20 V

Antworten (1)

Ohne Ihre Schaltung zu erforschen, möchte ich etwas wärmstens empfehlen. Bereiten Sie drei Stufen auf Ihr Feedback vor und haben Sie ihre Summe auf einem anderen Operationsverstärker. Eine Stufe ist Puffer, eine andere Integrator und die dritte Ableitung. Jeder sollte ein schönes praktisches Potentiometer haben, um die Verstärkung einzustellen. Dann können Sie Ihr System für die beste Leistung optimieren.

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Am wichtigsten ist, zu simulieren, bevor Sie etwas löten !!!

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Basierend auf der Annahme, dass Ihre Komponenten für Spannung und Strom geeignet sind und dass Sie die Grundlagen kennen, werde ich erklären, was Sie tun sollten, um den Kreis zu schließen.

Ich werde ein bisschen mehr Informationen hinzufügen. Zunächst einmal muss Ihr PWM-Controller eine Sägezahnwellenform mit konstanter Frequenz und ein "Befehlssignal" haben, das im Grunde eine Spannung ist, die Sie mit diesem Sägezahn vergleichen. Wenn der Befehl kleiner als der Sägezahn ist, ist Ihr Schalter eingeschaltet, andernfalls ausgeschaltet. Stellen Sie sicher, dass es für einen konstanten Befehl funktioniert, dies ist ein Open-Loop-PWM-Controller.

Jetzt müssen Sie die Schleife schließen. Den Kreis zu schließen bedeutet im Grunde, Ihren Fehler auf Null zu setzen. Sie müssen es also zunächst messen, indem Sie Ihre Ausgangsspannung von einer Referenzspannung subtrahieren. Die Referenz wird durch eine Zenerdiode mit Widerstand erzeugt. Oder Sie können einen IC nehmen, der es genauer macht. Die Ausgangsspannung ist normalerweise höher als Ihre Referenz, verwenden Sie also einen Widerstandsteiler, sodass der Fehler 0 ist, wenn die geteilte Spannung Ihrer Referenz entspricht.

Wenn Sie nun Ihren Fehler haben, speisen Sie ihn in die drei von mir erwähnten Operationsverstärkerschaltungen ein: eine mit nur Verstärkung, eine andere mit einem Integrator und einem dritten Ableiter. Addieren Sie alle drei - das Ergebnis sollte als PWM-Befehlssignal verwendet werden (erinnern Sie sich?).

Und Sie müssen das System abstimmen, also verwenden Sie Potentiometer in der Nähe von Operationsverstärkern.

Können Sie bitte die Reihenfolge klären, in der diese Opamps platziert werden sollen, werden alle Oppms-Eingänge vom Ausgang genommen oder werden sie ineinander fließen?
Alle drei haben ihre Eingabe aus dem Fehler, der die Differenz zwischen der Ausgabe und einer Referenz darstellt
Ich habe dort einige Wörter hinzugefügt. Entschuldigung, zu faul, um eine Schaltung zu zeichnen.
Vielen Dank für all Ihre Hilfe, die PWM-Schaltung scheint jetzt eine richtige Rechteckwelle auszugeben, aber die Ausgangsspannung ist nicht ganz richtig, aber das kann wahrscheinlich mit den Potentiometern eingestellt werden, wie Sie gesagt haben. Nur als Hinweis in die richtige Richtung, welche Werte werden sich höchstwahrscheinlich auf die Ausgangsspannung auswirken und wie?
Wenn Sie genau das getan haben, was ich gesagt habe, wird die Spannung als Widerstandsteiler eingestellt, an dem Sie den Fehler messen. Die anderen Potentiometer beeinflussen Dinge wie Stabilität, Bandbreite, Regelung usw. Das Ganze nennt sich übrigens PID-Regler. Kannst du das Schema jetzt posten? Und einige Wellenformen.
Ich habe den neuen Schaltplan hinzugefügt
Okay, sieht gut aus. Ich überprüfe nicht die Pakete und so weiter, aber Sie haben die Idee. Das Problem ist, dass ich Ihre Grafiken nicht verstehen kann. Bogen viele Punkte, die Sie brauchen, um es hier zu posten? Auch das Schema ist kaum lesbar. Suchen Sie in diesem Forum nach Hinweisen zum Zeichnen eines klaren Schemas.
10 Punkte, ich habe es jetzt, ist das Schema unübersichtlich oder zu überlastet? Ich werde es so schnell wie möglich klären.
Sagen wir, das ist kein Zufall, dass ich zu faul bin, das ganze Schema zu lesen. Denken Sie hier an diesen Link: electronic.stackexchange.com/questions/28251/…
Ich habe das Schema hinzugefügt, ich hoffe, es ist jetzt in Ordnung.
Gut, viel besser. Sie haben nicht die Möglichkeit, U3 zu tunen. Vielleicht der 1k-Widerstand? Nun stellt sich die Frage, wie Sie die Schaltung testen. Der grundlegende Test besteht darin, eine Sprungfunktion zu injizieren. Lassen Sie Ihren Eingang mit einer bestimmten Frequenz (niedrig! vielleicht 10 Hz) von x zu y und wieder zu x wechseln und sehen Sie, wie der Ausgang reagiert.
Ah, Sie haben Ihre Spannungsdriften richtig gemacht. Überprüfen Sie den Integrator - vielleicht ist er gesättigt - hat einen Maximalwert erreicht. Obwohl ich es nicht erwarten würde. Auf jeden Fall ist der Integrator dafür verantwortlich, den Langzeitfehler nahe 0 zu halten. Eine andere Option: Sie können keinen niedrigeren PWM-Arbeitszyklus erreichen. D=Vout/Vin. Gibt es einen solchen Befehl, um das sicherzustellen?
Der Integrator scheint bei 4,2 V gesättigt zu sein, ich bin mir nicht sicher, was Sie mit Befehl meinen
Das Problem liegt tatsächlich beim Differenzverstärker, der Ausgang erreicht nicht 0 V, er sättigt bei 882 mV (warum geht der Integrator wahrscheinlich auf 4,2?). Getestet durch Anlegen der gleichen Spannung an beide Eingänge. Gibt es eine Möglichkeit, dies zu beheben?
Verwenden Sie eine Spannung von +-15 V. Es ist ein kleiner Betrug - bei der Stromversorgung müssen Sie das belassen, was Sie haben. Aber später finden Sie einfach eine Rail-to-Rail-Komponente und s3t virtuelle Null höher als 0. Wieder später
Werden diese + und - 15 V für alle Operationsverstärker oder nur für den Differenzverstärker verwendet?
Hmm.. Ich habe deinen Beitrag verpasst, sorry. Wie geht es Ihnen? Jedenfalls sollten diese +-15V zuerst für alle verwendet werden. Aber sobald alles funktioniert, müssen Sie Rail-to-Rail-Operationsverstärker finden und das Design entsprechend ändern. Denken Sie an einen integrierten Buck-Controller: Er benötigt minimale Komponenten und erstellt definitiv keine vier zusätzlichen Schienen für sich. Maximal zwei: niedrige Spannung für Steuerschaltungen und höhere Spannung für NMOS-Gate-Treiber-Boost.
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