¿Por qué el voltaje de salida del convertidor Boost disminuye a alta potencia?

Si es necesaria una buena regulación de un convertidor CC-CC, el método típico para conseguirlo es utilizar la realimentación. Esto reduce efectivamente la impedancia de salida del suministro para que no varíe con la corriente de carga.

Un convertidor de bucle abierto que opera con un ciclo de trabajo fijo tiene una impedancia de salida mucho más alta debido a la resistencia de los interruptores, la DCR del inductor, la resistencia de las trazas, la resistencia de la fuente de alimentación de entrada y la caída en el diodo.

Por lo tanto, se espera y es normal una caída del voltaje de salida con la corriente de carga.

A una frecuencia de conmutación de 15 kHz, debe poner

$$\frac{1000 W}{15 kHz} = 66.7 mJ$$

de energía en el inductor en cada ciclo de conmutación. Con un inductor de 4 mH, esta sería una corriente máxima de

$$\sqrt{\frac{2 \cdot 66.7 mJ}{4 mH}} = 5.77 A$$

Sin embargo, cuando aplica 120 V a ese inductor, la corriente aumenta a una tasa de

$$\frac{120 V}{4 mH} = 30 A/ms$$

pero solo lo estas dando

$$\frac{0.68}{15 kHz} = 45.3 \mu s$$

para cargar, que sólo le permite llegar a

$$45.3 \mu s * 30 A/ms = 1.36 A$$

Por lo tanto, con o sin retroalimentación, este diseño es incapaz de convertir 1000W.

Por cierto, a estos niveles de potencia, estaría buscando construir un convertidor multifásico, con 3 o 4 juegos de bobinas e interruptores. Todos operan en el mismo ciclo de trabajo, pero con sincronización escalonada. Esto hace que la ondulación de entrada y salida sea mucho más fácil de manejar.

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EDITAR: El análisis anterior es solo para DCM (modo de conducción discontinua). Se puede hacer que el convertidor funcione con esos parámetros en CCM (modo de conducción continua), como se muestra en la siguiente simulación. (Si lo ejecuta, tenga en cuenta que el transitorio de inicio tarda unos cientos de milisegundos en desaparecer. Agregué R2 para ayudar a controlar eso).

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La clave a tener en cuenta aquí es que la corriente máxima en la bobina es de casi 13 A, por lo que su clasificación de corriente de saturación debe estar cómodamente por encima de eso. El interruptor y el diodo también deben poder manejar esta corriente.