Convertidor buck práctico vs teórico

Actualmente estoy buscando convertidores reductores de bucle abierto. Lo estoy ejecutando con lo siguiente:

  • Frecuencia de conmutación (f) = 62500
  • Inductancia (L) = 100e-6
  • Voltaje de entrada (Vi) = 5
  • Corriente de salida (Io) = 0,06

Usando esto, cambié la resistencia de salida para observar cómo se comporta el dólar para una corriente de salida fija y un voltaje de entrada y cambié la resistencia de salida.

Usando esto pude obtener lo siguiente:

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Hay algunas cosas sobre esto que me cuesta entender.

La ecuación utilizada para CCM, modo continuo es Vo/Vi = ciclo de trabajo.

La ecuación utilizada para DCM, modo discontinuo es

V o V i = 1 1 + 2 F L I o V i ∗ D 2

Pregunta 1: ¿ Por qué los datos recogidos experimentalmente son diferentes a los teóricos?

Pregunta 2: El dólar parece entrar y salir de DCM entre 0,2 y 0,8. Realmente no entiendo por qué es esto. Intenté hacerlo matemáticamente. Parece que no puedo ver por qué es esto.

Pregunta 3: Entre 0 y 0,2 ciclos de trabajo, parece ser DCM y no CCM. ¿Por qué es esto?

Pregunta 4: Entre 0,8 y 1 ciclo de trabajo, parece ser CCM y no DCM. ¿Por qué es esto?

Cuando la salida tiene una carga ligera (y un servicio bajo), el inductor no almacena mucha energía porque la energía depende de la corriente a través de ellos. Entonces, después del interruptor, se apaga el ind. la corriente cae rápidamente a cero, luego el LC comienza a oscilar naturalmente a través del diodo de rueda libre, lo que hace que la tapa se cargue con un voltaje más alto como en el caso de CCM. Esta oscilación es causada por la luz R cuando LC no descarga.
Cuando conecto los valores de f, L, Io y Vi en la fórmula Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/(Vi*ciclo de trabajo)) o en la fórmula Vo/Vi = 1+ 1/( 1 + (2fLIo/Vi)*ciclo de trabajo) No obtengo la curva que aparece en tu gráfico. Uno de nosotros parece estar haciendo algo mal. ¿Podría comprobar su fórmula para DCM? ¿Dónde lo obtuviste?
Hola, disculpas, verifiqué que tracé el eje xey al revés. la ecuación es correcta, el gráfico solo debe reflejarse en la línea y = x para que sea correcto con el mismo etiquetado. Obtuve la ecuación de mis notas, puedo compartirlas contigo si quieres.
Cambiando los ejes x e y, todavía no obtengo el mismo gráfico. ¿Se supone que su fórmula es Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/(Vi*ciclo de trabajo)) o Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ (2fLIo/Vi)*ciclo de trabajo) o algo más ? ¿Los valores que das para f, L, Io y Vi son correctos para el gráfico? Estoy usando Desmos.com para graficar.
La fórmula Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/Vi*ciclo de trabajo), independientemente de cómo se agreguen paréntesis, nunca puede ser inferior a 1 para cualquier valor positivo de f, L Io, Vi y ciclo de trabajo. ¿Quizás se supone que esta es una fórmula para un convertidor elevador? En cualquier caso, no es la fórmula utilizada en su gráfico.
@MathKeepsMeBusy De alguna manera pude descifrar todas las preguntas y escribí un breve informe al respecto. Si lo desea, puedo enviárselo.
@fred, ¿está de acuerdo en que "La fórmula Vo/Vi = 1+ 1/( 1+ 2fLIo/Vi*ciclo de trabajo), independientemente de cómo se agreguen paréntesis, nunca puede ser inferior a 1 para cualquier valor positivo de f, L Io, Vi y ciclo de trabajo. En cualquier caso, no es la fórmula utilizada en su gráfico".
@MathKeepsMeBusy Hola, lo siento, la fórmula obtenida de buenas fuentes académicas es: Vo/Vi = 1/( 1+ (( 12fLIo)/(Vi*dutycycle)) . La curva sería lo que publiqué excepto que se refleja en y= eje x Acabo de trazar accidentalmente el eje y y x al revés en MATLAB. No puede ser menos de uno. El voltaje de entrada siempre está por encima de cero y dado que es un dólar Vo<Vi pero no puede ser un voltaje de salida negativo, es solo menos que la entrada.
Lo que descubrí fue que al principio, está en CCM, luego ingresa a DCM y luego a CCM. Las razones por las que esto sucede están relacionadas con la corriente de ondulación de salida y el valor de corriente crítica, entre otras cosas.
Gracias por la corrección de tu fórmula. Sería bueno que volvieras a hacer tu gráfico para mostrar también los ejes correctos. Sí, me gustaría mucho saber por qué el circuito pasó de CCM a DCM a CCM. Quizás, después de corregir el gráfico, podría publicar su informe como respuesta.
Desafortunadamente, incluso con la nueva fórmula que me das, la fórmula no coincide con tu gráfico. He publicado una "respuesta", que debe eliminarse porque no es realmente una respuesta. Sin embargo, te muestra la forma de la curva generada por la fórmula que das. Esa curva no coincide con la curva de tu gráfico, incluso cuando se refleja en la línea y=x. Explique cómo hizo su gráfico, porque no usó esta fórmula.
Edite su publicación para incluir un esquema del convertidor que estaba usando para el experimento. Supongo que usa un FET y un diodo para cambiar elementos, pero debería mostrárnoslo.

Respuestas (1)

Pregunta 1: ¿Por qué los datos recogidos experimentalmente son diferentes a los teóricos?

Su modelo teórico simplificado no tiene en cuenta todas las propiedades relevantes del circuito físico.

Pregunta 2: El dólar parece entrar y salir de DCM entre 0,2 y 0,8. Realmente no entiendo por qué es esto. Intenté hacerlo matemáticamente. Parece que no puedo ver por qué es esto.

Su gráfico proporciona una pista de por qué se produce la transición a ~20 % y 80 % de PWM, ya que en estos puntos se produce el mismo voltaje de salida tanto con DCM como con CCM. Si examina la forma de onda actual para CCM, debe notar que entre el 20% y el 80%, la corriente mínima en la onda triangular es negativa, lo que no es posible con una unidad de un solo extremo (interruptor más diodo flyback).

Pregunta 4: Entre 0,8 y 1 ciclo de trabajo, parece ser CCM y no DCM. ¿Por qué es esto?

Al 100 % de PWM, la corriente del inductor debe ser continua. Si será continuo o discontinuo a relaciones PWM más bajas depende de cuánto cambie a medida que sube y baja. Con la frecuencia PWM, la inductancia y la corriente que elija, será discontinuo en relaciones PWM medias.

Para ilustrar esto, puse sus valores en un circuito convertidor reductor de medio puente ('síncrono') y lo simulé en LTspice usando componentes 'reales'. Al 50% de PWM, el resultado fue este:-

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La línea verde es el voltaje de salida (2,5 V con una pequeña ondulación). La onda cuadrada azul es el voltaje a través del inductor, y la onda triangular roja es la corriente que lo atraviesa. En los primeros 8 ms, la corriente aumenta en 200 mA, ya que el inductor tiene +2,5 V, luego, en los siguientes 8 ms, la corriente cae en la misma cantidad que el voltaje del inductor cambia a -2,5 V. Para que la corriente promedio sea de 60 mA, debe oscilar entre -40 mA y +160 mA.

Si el circuito se cambia a un solo interruptor con diodo flyback, la corriente no puede volverse negativa porque el diodo se apaga, produciendo una forma de onda de corriente discontinua:

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Aquí vemos que aparte de algunos timbres mientras el diodo está apagado, la corriente no cae por debajo de cero durante la fase de retorno. Como resultado, la corriente máxima requerida para obtener un promedio de 60 mA es un poco menor. El diodo flyback tiene una caída de tensión de ~0,7 V cuando conduce, lo que eleva la tensión del inductor y aumenta la tasa de disminución, mientras que en la fase PWM, la tensión del inductor se reduce, por lo que la corriente aumenta más lentamente. Para equilibrar esto, el voltaje de salida aumenta a poco más de 3 V.

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