मेरा सिंपल बूस्ट कन्वर्टर मुझे इतना हाई पीक आउटपुट वोल्टेज क्यों दे रहा है?


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मैं एलटीस्पाइस में एक सिमुलेशन के माध्यम से स्विच-मोड बिजली आपूर्ति की बुनियादी बातों को समझने की कोशिश कर रहा हूं।

मैं पाठ्यपुस्तकों में अक्सर दिए गए एक शिक्षण मॉडल के बाद एक सरल रूप से सरल बढ़ावा कनवर्टर सर्किट का निर्माण करना चाहता था, लेकिन मैं इस चीज को बिल्कुल भी व्यवहार नहीं कर सकता क्योंकि मैं इसकी उम्मीद करता हूं, शायद क्योंकि अभ्यास में चीजें बहुत अलग हैं :)

यहां LTSpice से निर्यात की गई योजनाबद्ध आरेख है (ध्यान दें कि यह आईएसओ प्रतीकों का उपयोग करता है; दाईं ओर घटक एक प्रतिरोधक है):

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आपूर्ति वोल्टेज 5 वी है और मैं इसे 1 ए के लोड करंट या 12 डब्ल्यू के आउटपुट पावर के साथ 12 वी तक बढ़ाने की मांग कर रहा हूं। मैंने 20kHz की स्विचिंग आवृत्ति का चयन किया। मेरे गणित के अनुसार, मुझे ऐसा करने के लिए 0.583 का कर्तव्य चक्र चाहिए, इसलिए समय पर 29.15 µ होना चाहिए। 0.90 की दक्षता मानते हुए, इनपुट पावर 13.34W और इनपुट करंट 2.67A होगा।

मान्यताओं है कि मुझे मुसीबत में हो सकता है:

  • शायद दक्षता एक डिजाइन के लिए पूरी तरह से अवास्तविक है यह सरल और मेरा इनपुट वर्तमान मेरी अपेक्षा से बहुत अधिक है।
  • शुरू में मैंने रिपल के बारे में ज्यादा परवाह नहीं की, इसलिए मैंने बस प्रारंभ करनेवाला और संधारित्र को यादृच्छिक रूप से उठाया।
  • शायद स्विचिंग आवृत्ति बहुत छोटी थी।

मैंने 10ms के समय के साथ सिमुलेशन चलाया (ग्राफिक में दिखाई देना चाहिए)।

मुझे जो देखने की उम्मीद थी, वह 5 वी का वोल्टेज है, शायद एक मामूली तरंग के साथ, बिंदु 2 (प्रारंभ करनेवाला और एनएमओएस के बीच) और बिंदु 3 पर एक तरंग के साथ 12V का वोल्टेज (डायोड और कैपेसिटर के बीच)।

इसके बजाय, जो निकलता है वह कुल अराजकता जैसा दिखता है - मुझे 23V का एक पीक वोल्टेज मिलता है जो बिंदु 2 पर लगभग 11.5V और केवल 22.5V से थोड़ा कम शिखर का वोल्टेज देता है जो बिंदु 3 पर 17V के आसपास होता है:

20kHz

इस कूबड़ पर कि मेरी स्विचिंग की आवृत्ति बहुत कम हो सकती है, मैंने इसे 200kHz (T = 5µs, Ton = 2.915 Tons) तक बढ़ाने की कोशिश की और अब मुझे कुछ और मिलता है जैसे कि मैं क्या देख रहा था, जो कि 12.8V का शिखर वोल्टेज है। बिंदु 2 (उस और 0V के बीच दोलन) और बिंदु 3 पर 12V का एक शिखर (11.8V के बारे में दोलन):

200kHz

वोल्टेज में महत्वपूर्ण लहर थी। मैंने प्रारंभकर्ता के आकार को 100 increasingH तक बढ़ाने की कोशिश की, लेकिन यह सभी को प्रभावित करता था कि स्टार्टअप दोलन था। इसलिए मैंने कैपेसिटी को 10µF तक बढ़ा दिया, और यह काम करने लगा, पॉइंट 3 पर वोल्टेज दोलन बहुत छोटा है। ऊपर की छवि 10µF संधारित्र के साथ परिणाम है।

मेरे प्रश्न, तब हैं:

  • मेरे मूल मॉडल में क्या गलत है?
  • क्या 20kHz पूरी तरह से अवास्तविक स्विचिंग आवृत्ति है (अजीब लगता है कि यह होगा)?
  • अगर मुझे 20kHz की स्विचिंग फ्रिक्वेंसी चाहिए थी, तो मुझे सर्किट काम को उम्मीद के मुताबिक बदलने के लिए क्या करना होगा? बहुत बड़ा प्रारंभ करनेवाला?
  • क्या इनपुट पक्ष पर वोल्टेज के लिए यह सामान्य है कि आउटपुट पक्ष पर वोल्टेज के समान हो जब सर्किट स्थिर स्थिति में पहुंच गया हो?
  • संधारित्र को आकार देने के लिए मुझे किस समीकरण का उपयोग करना चाहिए?

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दालों की तरह लगता है कम आवृत्ति पर प्रारंभ करनेवाला संतृप्त कर रहे हैं।
इग्नासियो वाज़क्वेज़-अब्राम्स

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क्या स्पाइस में एक आदर्श (आदर्श) प्रारंभकर्ता संतृप्त हो सकता है?
जिप्पी

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नहीं। यह संतृप्त नहीं हो सकता।
एडम लॉरेंस

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बस एक त्वरित टिप्पणी: यदि आप केवल सामान्य व्यवहार में रुचि रखते हैं, तो NMOS (.model sw sw (ron = 10m vt = 0.5) के बजाय SW का उपयोग करना बहुत आसान है, और D एक साधारण .model dd (vwwd =) के साथ। 0.2 रॉन = 50 मीटर) कार्ड योजनाबद्ध पर कहा, "वास्तविक जीवन" घटकों बड़ा मैट्रिक्स गणना और संभवतः अतिरिक्त snubbers का उपयोग करने की आवश्यकता है कुछ सेंट, है कि
Vlad

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@ जिप्पी आप फ्लक्स = <x * मान> या उसके लिए चान मॉडल के साथ व्यवहार मॉडल का उपयोग कर सकते हैं। (LTspice)
Vlad

जवाबों:


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आपका बूस्ट डिसकंटेंट कंडक्शन मोड या DCM में चल रहा है (प्रारंभ करनेवाला चालू प्रत्येक स्विचिंग साइकल को शून्य करता है)। कर्तव्य चक्र भार के साथ-साथ कर्तव्य चक्र भी बन जाता है। यदि आप लोड, प्रारंभ करनेवाला मान, या स्विचिंग आवृत्ति बढ़ाते हैं, तो आप एक बिंदु पर पहुंचेंगे, जहां आप अपना विनियमन देखेंगे जहां आप इसकी अपेक्षा करते हैं - इसे CCM, या निरंतर चालन मोड कहा जाता है। प्रारंभ करनेवाला वर्तमान शून्य पर नहीं गिरता है, लेकिन निरंतर प्रवाह होता है। आपका कर्तव्य चक्र सूत्र यहां मान्य होगा।

एक बढ़ावा कनवर्टर के लिए 20 kHz बहुत धीमा है। 14A शिखर प्रारंभ करनेवाला वर्तमान भी अवास्तविक है। अधिकांश पीएफसी बूस्ट कन्वर्टर्स 70 से 100 किलोहर्ट्ज़ से संचालित होते हैं। कम आवृत्ति कन्वर्टर्स को आम तौर पर बड़े प्रेरकों की आवश्यकता होती है। यदि आप 20kHz पर CCM प्राप्त करना चाहते हैं, तो आपको एक बहुत बड़ा बढ़ावा देने के मूल्य की आवश्यकता होगी। अपने सिमुलेशन में 470uH की कोशिश करें और आप वोल्टेज को 12V के करीब देखेंगे। (यदि आपके मॉडल में एक नियंत्रक था, तो यह स्वचालित रूप से CCM या DCM ऑपरेशन की परवाह किए बिना 12V को प्राप्त करने के लिए कर्तव्य चक्र को समायोजित करेगा)।

क्योंकि आपका कनवर्टर DCM में इतना भारी है, इसलिए स्विचिंग नोड वोल्टेज आउटपुट वोल्टेज जैसा दिखता है। यदि आप CCM के करीब आते हैं, तो आपको एक स्पष्ट तस्वीर दिखाई देगी।

इस सिमुलेशन के लिए, संधारित्र का आकार ऐसा है कि स्विच ऑन-टाइम वोल्टेज शिग (लोड के कारण) अत्यधिक नहीं है। वास्तविक जीवन में, ऐसे अन्य पैरामीटर हैं जो मायने रखते हैं (समग्र लूप स्थिरता, तरंग वर्तमान और जीवन रेटिंग) जिसे आपको उचित MOSFET पसंद, रिवर्स रिकवरी और बूस्ट डायोड की कोमलता के साथ विचार करना चाहिए ...


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+1 - अच्छा जवाब। मैं आउटपुट कैप को 47uF या उससे अधिक तक बढ़ाऊंगा।
ओली ग्लेसर

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उन घटकों के मूल्यों के साथ जिन्हें आपने चुना है, 200kHz आवृत्ति के साथ चलने के लिए वास्तव में अधिक उपयुक्त है। यहां तक ​​कि 200kHz पर मुझे लगता है कि अधिक उपयुक्त आउटपुट कैपेसिटर 33 या 47uF की तरह हो सकता है।

यदि आप एक आदर्श प्रारंभकर्ता का उपयोग कर रहे हैं, जिसमें कोई समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध निर्दिष्ट नहीं है, तो मैं आपको सुझाव दूंगा कि आप LTSpice लाइब्रेरी में से एक यथार्थवादी इंडिकेटर्स की कोशिश करें जैसे कि Coiltronics CTX10-3। कि एक में 0.028 ओम का DCR है। यह स्टार्टअप करंट के शुरुआती उछाल को कम करने में मदद करेगा।

यह भी ध्यान दें कि वास्तविक स्विचिंग वीआर नियंत्रक के साथ एक यथार्थवादी डिजाइन में एक नरम शुरुआत सुविधा होगी जो धीरे-धीरे विशाल प्रारंभिक उछाल के बिना अपने ऑपरेटिंग स्तर तक पीडब्लूएम कर्तव्य चक्र को लाती है। इसके अलावा एक नियंत्रक एक विभक्त के माध्यम से आउटपुट वोल्टेज की निगरानी करेगा और इसे पीडब्लूएम ड्यूटी चक्र को लगातार समायोजित करने के लिए एक संदर्भ के साथ तुलना करेगा ताकि आउटपुट वोल्टेज को विनियमित किया जा सके।


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मैं भी इस सर्किट के साथ LTspice में समस्या है। मुझे नहीं लगता कि मेरी समस्या आपके जैसी ही थी, लेकिन "लेट्सपिस बूस्ट कन्वर्टर" की खोज करते समय यह एकमात्र सभ्य परिणाम है, इसलिए मैं यहां अपना जवाब दूंगा।

यहाँ चीजें हैं जो मैंने गलत किया:

  1. मैंने जेनेरिक "nmos" मॉडल का उपयोग किया। यह काम नहीं करता है। मुझे पता नहीं क्यों लेकिन ऐसा लगता है कि राज्य में भी यह वास्तव में उच्च प्रतिरोध है जो अजीब है। वैसे भी, इसे ठीक करने का तरीका जेनेरिक एनएमओ को रखना है, फिर राइट क्लिक करें और "नया ट्रांजिस्टर चुनें" पर क्लिक करें, फिर सूची में से एक का चयन करें, जैसे कि IRFP4667।

  2. मेरा फ़िल्टरिंग कैपेसिटर वैसे भी बहुत बड़ा था। इसका मतलब है कि आउटपुट वोल्टेज को व्यवस्थित करने के लिए सेकंड के क्रम में लेता है (वास्तविक जीवन में ठीक है, लेकिन एक सिमुलेशन में कष्टप्रद)।

यहाँ मेरा अंतिम सर्किट है:

कनवर्टर सर्किट को बढ़ावा देना

विवरण (शायद महत्वपूर्ण नहीं):

  • मैंने 5 वी वोल्टेज स्रोत को 1 ओम की श्रृंखला प्रतिरोध दिया।
  • प्रारंभ करनेवाला में 6 ओम की श्रृंखला प्रतिरोध है।
  • पल्स ट्रेन पैरामीटर टन = 8us, Toff = 2us (T = 10us; 100 kHz) हैं।

अगर किसी को पता है कि मानक nmos मॉडल काम क्यों नहीं करता है तो मुझे बताएं!


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आपने कहा, "मैं एक सरल सरल बढ़ावा कनवर्टर सर्किट का निर्माण करना चाहता था"। मैं एक ही काम करना चाहता था, और LTSpice में कई जूल चोर का निर्माण किया, और मैंने इसे एक ही श्रेणी में रखा - जूल चोर वास्तव में एक स्व-अनुकूलन बूस्टर है जिसे एक हॉबीस्ट सर्किट के रूप में प्रच्छन्न किया गया है, लेकिन मैंने सीखा है जूल चोर चोरों के कदम को बढ़ाने से बहुत से कन्वर्टर्स को बढ़ावा मिला। और क्योंकि यह आत्म-अनुकूलन है, यह लगभग हमेशा कुछ करता है और आपको यह महसूस कराता है कि सर्किट का प्रत्येक पहलू चीजों को कैसे प्रभावित करता है। यहाँ आप के साथ गड़बड़ करने के लिए एक जूल चोर है:

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तो, यह एक तरीका है। परंतु...

यदि आप एलटीस्पाइस में जूल चोर चोर प्रयोगों को एक रेसिपी-एप्रोच के साथ जोड़ना चाहते हैं, तो ओएन सेमी से इस MC34063A जैसे 34063 डेटशीट के जोड़े को देखें । एक टेबल है जो बूस्ट कन्वर्टर, हिरन कन्वर्टर और इनवर्टेड बूस्ट कन्वर्टर के लिए फॉर्मूला रेसिपी देती है।


यहाँ बढ़ावा कनवर्टर के लिए योजनाबद्ध है:


MC34063 बूस्ट कन्वर्टर योजनाबद्ध


और यहाँ सूत्र तालिका है, ऊपर-नीचे से चरण-दर-चरण का पालन किया जाना है:


MC34063 नुस्खा तालिका तीन टोपोलॉजी, बूस्ट, हिरन और उल्टे-बूस्ट के लिए घटकों को चुनने के लिए।


यदि आप वैकल्पिक रूप से इन दो दिशाओं के साथ खेल रहे हैं, तो मेरा मानना ​​है कि आप उस अंतर्ज्ञान के कुछ "खुद को सिखा सकते हैं" जो आप प्राप्त करना चाहते हैं।

मैं LTSpice लाइब्रेरी में MC34063 नहीं ढूँढ सका, लेकिन आप टेबल से अभ्यास के माध्यम से जा सकते हैं, और फिर एक Joule चोर या LTSPice लाइब्रेरी से किसी भी बढ़ावा कनवर्टर चिप को खींच सकते हैं, और घटकों को प्लग कर सकते हैं जो आपको दिया गया परिदृश्य है, और यह वही होना चाहिए जो आप चाहते हैं, और फिर आप इसे ट्विक कर सकते हैं। HTH।

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