simulazione circuito buck-converter

[alfag4]

Vorrei simulare il funzionamento di un buck-converter nella configurazione classica utilizzando un esempio trovato in rete con dei valori già calcolati. Il convertitore è stato calcolato per avere in uscita 5V ed una corrente di carico max di 2A. Simulando però non ottengo tale risultato. Con un carico di 2ohm ho 6V circa e quindi 3A.
Se alzo il valore della resistenza di carico diminuisce la corrente ed aumenta la tensione. Variando il duty-cycle del segnale di pilotaggio del mosfet dovrebbe variare anche la tensione di uscita visto che Vo=Vi*(Ton/Toff), invece non cambia nulla la stessa cosa se vario la frequenza.
Non riesco a capire se il buck-converter è uno step-down la cui tensione in uscita è costante a prescindere dal carico (come un linerare) o se la tensione di uscita è riferita al carico massimo che nel mio caso è di 2A.
Vi allego lo schema con i valori dei componenti.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[IsidoroKZ]

Nota prima che mi dimentichi: con quel MOS la parte attiva del ciclo, quella che da` il duty cycle, e` quando la tensione di gate e` BASSA, quindi il duty cycle per quel MOS si calcola a rovescio rispetto al solito.

La tensione di uscita del buck dipende molto poco dal carico solo quando il buck e` in modo continuo, cioe` la corrente nell'induttanza e` sempre maggiore di zero. In questo caso, trascurando le perdite, dove D e` il duty cycle.

Se invece il carico assorbe poca corrente e la corrente nell'induttore va a zero e ci sta (funzionamento in modo discontinuo), la tensione di uscita vale



dove fsw e` la frequenza di switching, R la resistenza di carico, D il duty cycle...

La tensione dipende da D e dal carico (e dalla frequenza e da L).

QUeste sono le tensioni per il caso senza perdite. Con le perdite la tensione vera e` un po' piu` bassa del caso ideale.

[alfag4]

Nota prima che mi dimentichi: con quel MOS la parte attiva del ciclo, quella che da` il duty cycle, e` quando la tensione di gate e` BASSA, quindi il duty cycle per quel MOS si calcola a rovescio rispetto al solito.

Ti ringrazio, per semplicità non l'ho reso chiaro ma nel simulatore la generazione del segnale è impostata in modo da tener conto del fatto che è un P-Mosfet.

La tensione di uscita del buck dipende molto poco dal carico solo quando il buck e` in modo continuo, cioe` la corrente nell'induttanza e` sempre maggiore di zero. In questo caso, trascurando le perdite, dove D e` il duty cycle.

Se invece il carico assorbe poca corrente e la corrente nell'induttore va a zero e ci sta (funzionamento in modo discontinuo), la tensione di uscita vale



dove fsw e` la frequenza di switching, R la resistenza di carico, D il duty cycle...

La tensione dipende da D e dal carico (e dalla frequenza e da L).

QUeste sono le tensioni per il caso senza perdite. Con le perdite la tensione vera e` un po' piu` bassa del caso ideale.

Ok vediamo se ho capito.
Se ho un carico diverso da quello max di progetto o un carico tale per cui la corrente nell'induttore tende a 0, è necessario un circuito di controllo che monitorizzi tensione e corrente ed aggiusti il duty e la frequenza di switching.

[IsidoroKZ]

E` sempre necessario avere un circuito che misura la tensione di uscita e modifica il duty cycle per tenere costante il duty cycle, anche se si rimane in modo continuo.

Puoi postare la simulazione di un paio di cicli della corrente nell'induttanza quando il circuito e` a regime? f=400kHz, D=40%.

[alfag4]

Ti allego due simulazioni a 400Khz e 100Khz con andamento di tensione e corrente.
Cosa vuoi vedere/dimostrare?

buck_100khz.GIF (18.26 KiB) Osservato 6333 volte

buck_400Khz.GIF (15.95 KiB) Osservato 6333 volte

[IsidoroKZ]

Avevo chiesto la simulazione di un paio di cicli a regime della corrente di induttore, non centinaia di microsescondi della corrente di induttore e della tensione di uscita.

Alla corrente di induttore aggiungi anche la tensione di gate del transistore.

[alfag4]

Scusa hai ragione.
Ho riletto quello che avevi scritto e molto probabilmente ho intuito ciò che mi vuoi far notare e cioè l'andamento della corrente nel periodo (on/off del mosfet). Perciò ti allego questo screenshot che mostra in alto il segnale PWM puro che sul gate del p-mosfet, arriva invertito di polarità tramite un transistor. Subito sotto la corrente.

[IsidoroKZ]

Non so che cosa va nella tua simulazione. Ho provato con quei valori e la mia simulazione funziona bene. Del resto senza i dati che ho chiesto non posso dire di piu`, ho la palla di cristallo a fare il tagliando :)

Good luck!

[alfag4]

Non so che cosa va nella tua simulazione. Ho provato con quei valori e la mia simulazione funziona bene. Del resto senza i dati che ho chiesto non posso dire di piu`, ho la palla di cristallo a fare il tagliando :)

Good luck!

Innanzitutto grazie per aver "perso" del tempo nel ricreare la mia simulazione. Effettivamente commettevo degli errori che ora ho risolto. Ho fatto un po' di prove per capire come corrente e tensione interagiscono al variare del carico e del duty-cycle ed ora è tutto più chiaro.
E' chiaro anche che con questo tipo di convertitore non è possibile avere tensione costante e corrente limitata a piacimento. Il mio intento era quello di usarlo per caricare delle batterie da 12V 7Ah al piombo che necessitano una tensione costante e di una corrente che per ovvie ragioni deve essere limitata pena la distruzione della batteria. Certo la limitazione la si potrebbe ottenere spartanamente con un resistore di potenza ma io volevo regolarla elettronicamente tramite PIC.

[IsidoroKZ]

Si puo` fare, la parola magica e` retroazione