Как работает Boost Converter

SwanSwan · 31.01.2010, 15:00

Как посчитать выходное напряжение Boost (Step-Up) конвертора?
Дело в том, в литературе пишут, что выходное напряжение Vout=Vin*(T/toff), где Vin - входное напряжение, T - период, toff - время, когда силовой транзистор закрыт (см., например, http://schmidt-walter.eit.h-da.de/sm...w_hilfe_e.html). Но моделирование в железе и в Протеусе опровергают эту формулу. Если взять меандр, выходное напряжение не в 2, а в 20 раз больше входного!!!
Где ошибка?
Привожу результаты моделирования в Протеусе.

N1X · 31.01.2010, 16:14

Присоединяюсь к вопросу. Смоделировал в LTspice 4, получилось весьма интересно. Сначала напряжение нарастает, где-то в 2,7 раза, а вот затем спадает, и соответствует расчетам... Причина - когда заряжается емкость ток в катушке нарастает даже при закрытом ключе. Когда ток заряда падает (напряжения выравниваются) начинается спад тока в катушке, она стараясь его поддержать вызывает бросок ЭДС... Затем при выходе в номинальный режим все устаканивается.
Но почему у вас в железе не так - хороший вопрос...
Приложу книжицу, там указана аналогичная формула. Vout=Vin*1/(1-D), где D - коэффициент заполнения. Т.е. при D=0,5 должно быть в 2 раза...

pambaru · 31.01.2010, 16:16

Это потому что нагрузка очень высокоомная. А во втором случае уже меньше, вот и в 2.7 раза всего.

N1X · 31.01.2010, 16:36

Сообщение от pambaru

Это потому что нагрузка очень высокоомная. А во втором случае уже меньше, вот и в 2.7 раза всего.

В начале просто малое время моделирования выставил. Сейчас исправил и дополнил сообщение. У автора видимо 100к резистор слишком долго будет разряжать емкость после режима начального пуска.... Все верно.

SwanSwan · 31.01.2010, 18:21

Уменьшил нагрузку до 10к.
Показания на вольтметре прыгают. Ну это и понятно - кондер уже с такой нагрузкой не справляется и не фильтрует. Но амплитуда обратного выброса не изменилась (см. рисунок). Изменю вопрос - как посчитать амплитуду обратного выброса?
Кстати, в формулах нагрузка никак не учитывается

SwanSwan · 31.01.2010, 18:27

Увеличил емкость до 10 мкФ. Напряжение на вольтметре опять в районе 96 - 97 В. Так что от нагрузки не очень-то и зависит.

pambaru · 31.01.2010, 18:43

В формулах нагрузка не учитывается. Но для каждой разности Uвх-Uвых и значения индуктивности существует минимальный ток нагрузки. Формулы лениво расписывать

. Если ток нагрузки меньше этого значения, то либо выходная напруга увеличится при данной скважности импульсов, либо надо увеличивать скважность импульсов, что приведет к работе индуктивности в режиме прерывистого тока.

Формула без учета нагрузки справедлива при работе индуктивности в режиме непрерывающегося тока, начиная от определенного минимального тока нагрузки.

SwanSwan · 31.01.2010, 19:54

Нагрузка 100 Ом, емкость 1000 мкФ. Становится похоже на правду. Выходное напряжение 11-12 В.
А все-таки, как посчитать амплитуду выброса при малой нагрузке, или при ее отсутствии?

N1X · 01.02.2010, 00:45

Кстати при малой нагрузке для выхода на режим непрерывных током можно увеличить индуктивность. Этот режим предпочтительнее, пульсации меньше...

mikaleus · 01.02.2010, 11:51

Считать амплитуду выброса - неблагодарное дело, хотя возможно. Нужно определить индуктивность рассеяния - именно она вносит основной вклад в выброс по напряжению. Ещё следует учитывать время включения диода.
Вообще, для этой схемы выполняется равенство через соотношение перекачивание энергии.
Энергия в катушке определяется LI^2/2, где ток в катушке можно определить из соотношения I=Uton/L, где ton - время включенного состояния ключа.
Далее происходит разряд индуктивности на конденсатор и на нагрузку. Если считать, что разряжается катушка полностью, то ток уменьшается со значения I до 0. U= LI/toff. При этом, если стоит параллельно нагрузке конденсатор (а это необходимое условие, для правильного функционирования данной схемы - необходимо перекачка энергии из катушки индуктивности в конденсатор), то Icp=I/2*[ton/(toff+ton)], Icp=U/Rн. Исходя из этих соотношений можно сделать прикидочный рассчёт схемы для пограничного режима.