Я пытаюсь понять основы импульсного источника питания с помощью симуляции в LTSpice.
Я хотел построить мучительно простую схему повышающего преобразователя, следуя модели обучения, часто приводимой в учебниках, но я не могу заставить эту вещь вести себя так, как я ожидаю, вероятно, потому что на практике все совсем по-другому :)
Вот схематическая диаграмма, экспортированная из LTSpice (обратите внимание, что она использует символы ISO; компонент справа является резистором):
Напряжение питания составляет 5 В, и я стараюсь увеличить его до 12 В с током нагрузки 1 А или выходной мощностью 12 Вт. Я выбрал частоту переключения 20 кГц. По моей математике мне нужен рабочий цикл 0,583, чтобы сделать это, поэтому время должно быть 29,15 мкс. Предполагая КПД 0,90, входная мощность будет 13,34 Вт, а входной ток - 2,67 А.
Предположения, которые могут доставить мне неприятности:
- Возможно, эффективность совершенно нереальна для такой простой конструкции, и мой входной ток намного выше, чем я ожидаю.
- Первоначально меня не волновали пульсации, поэтому я просто выбрал индуктор и конденсатор случайным образом.
- Возможно, частота переключения была слишком мала.
Я запустил симуляцию со временем 10 мс (должно быть видно на графике).
То, что я ожидал увидеть, это напряжение 5 В, возможно, с небольшой пульсацией в точке 2 (между индуктором и NMOS) и напряжение 12 В с пульсацией в точке 3 (между диодом и конденсатором).
Вместо этого получается то, что выглядит как полный хаос - я получаю пиковое напряжение 23 В, которое колеблется около 11,5 В в точке 2, и немного более низкое пиковое напряжение чуть более 22,5 В, которое колеблется около 17 В в точке 3:
Предполагая, что моя частота переключения может быть слишком низкой, я попытался увеличить ее до 200 кГц (T = 5 мкс, тонна = 2,915 мкс), и теперь я получаю нечто большее, чем то, что я искал, - это пиковое напряжение 12,8 В при точка 2 (колебание между этим и 0 В) и пик 12 В в точке 3 (колебание около 11,8 В):
Было значительное колебание напряжения. Я попытался увеличить размер индуктора до 100 мкГн, но, похоже, все, что он влиял, - это колебания при запуске. Поэтому я увеличил емкость до 10 мкФ, и, похоже, это сработало, колебание напряжения в точке 3 намного меньше. Изображение выше - результат с конденсатором 10 мкФ.
Мои вопросы, то, являются:
- что не так с моей оригинальной моделью?
- 20 кГц - это совершенно нереальная частота переключения (кажется странным, что это будет)?
- если я хотел переключить частоту 20 кГц, что мне нужно изменить, чтобы схема работала как положено? Гораздо больший индуктор?
- нормально ли, чтобы напряжение на входной стороне было похоже на напряжение на выходной стороне, когда цепь достигла устойчивого состояния?
- какое уравнение я должен использовать для определения размера конденсатора?