Warum nimmt die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers bei hoher Leistung ab?

Ich implementiere einen nicht isolierten Aufwärtswandler, der eine Leistung von 1 kW verarbeiten kann, und die Ausgangsspannung muss bei einer Eingangsspannung von 120 V auf 400 V gehalten werden. Bei kleinerem Laststrom (ca. 2,5 Ampere Eingangs-, 0,8 Ampere Ausgangsstrom) stabilisiert sich die Ausgangsspannung am Kondensator und erreicht einen stabilen Wert mit geringer Welligkeit. Aber wenn ich den Laststrom erhöhe (4,5 Ampere Eingangs-, 1,43 Ampere Ausgangsstrom), beginnt sich die Ausgangsspannung am Kondensator schnell zu entladen und erreicht nie einen stabilen Spannungspegel. Ich verwende zwei 3300-uF-Kondensatoren mit einer Nennspannung von jeweils 350 V, die am Ausgang in Reihe geschaltet sind. Ich verstehe nicht, warum sich der Kondensator entlädt, wenn der Laststrom erhöht wird?

Der Schaltplan für den Aufwärtswandler ist hier beigefügt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wo ist Ihr Sinnpunkt für die Rückkopplungsschleife? Wenn Sie sagen, dass es sich nicht stabilisiert, was meinen Sie damit? Schwingt der Ausgang oder sackt er nur ab? Kannst du einen Schaltplan posten?
Die Ausgangsspannung sinkt kontinuierlich bei hoher Leistung. und es ist nur ein einfacher Aufwärtswandler
Ich habe das Schema des Aufwärtswandlers in der Frage angehängt. @JohnD
Meinen Sie mit "nur ein einfacher Aufwärtswandler", dass es keine Rückkopplung gibt, sondern nur eine offene Schleife läuft? Wie stellen Sie die Einschaltdauer ein oder steuern sie?
Wir arbeiten mit einer festen Einschaltquote von 68 %. es gibt keine Rückkopplungsschleife
Welchen Wert hat die Induktivität und welche Schaltfrequenz? Es hört sich so an, als würden Sie bei jedem Schaltzyklus nicht genug Energie in den Induktor pumpen.
Iduktor (L=4mH), Frequenz (F=15K HZ)

Antworten (2)

Wenn eine gute Regelung eines DC-DC-Wandlers erforderlich ist, ist die typische Methode, dies zu erreichen, die Verwendung von Rückkopplung. Dadurch wird die Ausgangsimpedanz der Versorgung effektiv reduziert, sodass sie nicht mit dem Laststrom variiert.

Ein Wandler mit offenem Regelkreis, der mit einem festen Arbeitszyklus arbeitet, hat aufgrund des Widerstands der Schalter, des DCR der Induktivität, des Widerstands der Leiterbahnen, des Quellenwiderstands der Eingangsversorgung und des Abfalls über dem eine viel höhere Ausgangsimpedanz Diode.

Daher ist ein Abfall der Ausgangsspannung mit dem Laststrom zu erwarten und normal.

ok.. danke @johnD für die Antwort. Können Sie uns etwas über das Feedback sagen? Wie können wir einen Feedback-Widerstand entwerfen? ?
wird jede Grenze der Schwankung des Arbeitszyklus für den Arbeitszyklus sein
Wie begrenzen wir den Arbeitszyklus während der Rückkopplung? Wird es die 70% überschreiten, wenn die Ausgangsspannung ansteigt? @johnD
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Bei einer Schaltfrequenz von 15 kHz müssen Sie setzen

1000 W 15 k H z = 66.7 M J

Energie in die Induktivität bei jedem Schaltzyklus. Bei einer 4-mH-Induktivität wäre dies ein Spitzenstrom von

2 ⋅ 66.7 M J 4 M H = 5.77 A

Wenn Sie jedoch 120 V an diesen Induktor anlegen, steigt der Strom mit einer Rate von an

120 v 4 M H = 30 A / M S

aber du gibst es nur

0,68 15 k H z = 45.3 μ S

aufzuladen, was es nur ankommen lässt

45.3 μ S ∗ 30 A / M S = 1.36 A

Daher ist dieses Design mit oder ohne Rückkopplung nicht in der Lage, 1000 W umzuwandeln.

Übrigens würde ich bei diesen Leistungsstufen den Bau eines Mehrphasenwandlers mit 3 oder 4 Spulen- und Schaltersätzen in Erwägung ziehen. Sie arbeiten alle mit dem gleichen Arbeitszyklus, aber mit gestaffeltem Timing. Dies erleichtert den Umgang mit der Eingangs- und Ausgangswelligkeit erheblich.

BEARBEITEN: Die obige Analyse gilt nur für DCM (diskontinuierlicher Leitungsmodus). Der Konverter kann dazu gebracht werden, mit diesen Parametern im CCM (Continuous Conduction Mode) zu arbeiten, wie die folgende Simulation zeigt. (Wenn Sie es ausführen, beachten Sie, dass es einige hundert Millisekunden dauert, bis der Startvorgang abklingt. Ich habe R2 hinzugefügt, um das zu zähmen.)

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das Wichtigste, was hier zu beachten ist, ist, dass der Spitzenstrom in der Spule fast 13 A beträgt, also muss ihr Sättigungsstromwert deutlich darüber liegen. Auch der Schalter und die Diode müssen diesen Strom vertragen.

jetzt, was wir tun müssen. ?
Sie müssen eine andere Spule und/oder eine andere Schaltfrequenz wählen. Oder, wie ich gerade zu meiner Antwort hinzugefügt habe, verwandeln Sie es in einen mehrphasigen Konverter.
Können Sie bitte erklären, wie Sie auf der Grundlage Ihrer Berechnung zu dem Schluss gekommen sind, dass der Konverter nicht in der Lage ist, 1000 W umzuwandeln? Was sagt uns der aktuelle Wert von 1,36 Ampere?
1,36 A sind weniger als die 5,77 A, von denen wir am Anfang sagten, dass wir sie brauchen.
o , wir müssten die frequenz erhöhen ?
Die Erhöhung der Frequenz allein reicht nicht aus. Dieser Induktor funktioniert einfach nicht mit der von Ihnen angegebenen Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Leistungsstufe. Wie sind Sie überhaupt darauf gekommen?
Wir haben es mit der Stromwelligkeitsformel für Aufwärtswandler entworfen, indem wir eine Welligkeit von 20 % des Induktorstroms genommen haben. Es ist nicht genau 1 kW, es sind 800 W, die wir erreichen wollen. (Wir müssen schließlich einen 1-PS-Induktionsmotor betreiben.)
Ich habe meine Analyse um CCM erweitert, was eigentlich funktionieren sollte. Beachten Sie jedoch die Vorbehalte zu den aktuellen Ebenen in den verschiedenen Komponenten. Sind Ihre Komponenten bullig genug?
Warum nimmt die Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers bei hoher Leistung ab?
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