Proiectarea Pspice a Unui Convertor Boost de Baza 12v 24v (1a)

CAPITOLUL 3. PROIECTAREA PSPICE A UNUI CONVERTOR BOOST DE BAZĂ 12V-24V/1A

Mi-am propus să proiectez un convertor boost care să îndeplinească următoarele specificații:

tensiunea de intrare : Vin=12V

tensiunea de ieșire: Vout =24V la un curent Iout= 1A( putere de ieșire de 24 W)

modul de funcționare CCM

frecventă de comutație : 100KHz

riplul tensiunii de ieșire : ΔU0p-p=50mV

Pentru a determina valoarea minimă Lmin a inductanței inductorului astfel încât convertorul să lucreze în modul CCM (el operează defapt la granița CCM/DCM), vom evalua mai întâi, cu o bună aproximare, riplul curentului prin inductor, conform relației:

(3.1)

D=0.5

Vom calcula apoi curentul de vârf, apoi curentul mediu prin dioda din relația:

0.5Ipk(1-D) = Io = 1A , deci Ipk = 4A (3.2)

= 2.3A (3.3)

Lmin =(Uo – Uin)(1-D)T/ΔIL= (24-12)(0.5)(10-5)/4 = 21.4 µH (3.4)

Am ales din date de catalog un inductor tip DO3316P-223 cu valoarea L=22uH, DCRmax=0.085Ω, Isat=2.6A si Irms=2.7A. DCR este folosită în date de catalog ca o rezistență de curent continuu în serie cu inductorul, tipic sub 1Ω.

Pentru a evalua riplul introdus de rezistență echivalentă serie (ESR) a condensatoarelor, vom folosi relația :

(3.5)

Valoarea minimă a capacității condensatorului de ieșire se obține astfel :

(3.6)

Am ales din date de catalog un condensator de tantal tipTAJE476*035 cu ESR=0.9Ω, tensiunea maximă de lucru de 35V și Irms=428 mA/100kHz la 250C.

Vom folosi în schemă 4 condensatoare cu valoarea de 47 uF si ESR=0.9Ω .

Schema inițială de convertor boost supusă simulării este prezentată în fig.1. Am folosit o sursă de semnal dreptunghiular pentru comanda porții tranzistorului de putere IRF 150.

Figura.3.1. Varianta nr.1 de circuit convertor boost 12-24V simulat în PSpice

S-au măsurat curenții prin inductor I(L1), prin condensatorul C1 I(C1) și tensiunea de ieșire U(OUT), iar rezultatele acestor simulări apar în fig.2. s-a observat o valoare maximă a curentului IL( vezi –I(Rinductor)) de aproape 3.49A și o valoare ΔU0p-p mare.

Figura.3.2. Rezulatele simulării pentru curentul prin inductor, C1 și tensiunea de ieșire V(OUT)

Riplul curentului de ieșire este divizat pe cei 3 condensatori. Riplul de tensiune este riplul de curent x ESR. Deci, pentru a reduce riplul de tensiune trebuie introduse mai multe condensatoare în paralel, sau găsite alte condensatoare cu ESR mai mic. Strategia folosită aici implică alegerea C cu ESR de 0.1Ω și folosirea unui filtru LC pe ieșire, astfel încât varianta a doua de circuit boost este prezentată în fig.3.3.

Dioda Dbreak predefinită din Pspice a fost înlocuită cu o dioda redresoare ultrarapidă MUR 415, cu timp de recuperare maxim de 25nS, Urms=105V si IF=4°.

Figura.3.3. Varianta nr.2 de circuit convertor boost 12-24V simulat in PSpice

În fig.3. 4. apar rezultatele simulării schemei din. Fig.3.3

Figura.3.4. Tensiunea de ieșire și curentul prin inductor pentru circuitul boost din fig.3.3.

Se poate observă din fig.3.4. de mai sus că riplul de tensiune a fost redus la 20mV vârf la vârf, în jurul valorii de 23.4 pentru tensiunea de ieșire. Riplul curentului prin inductor a rămas la 2.7A, încadrându-se în elementele de proiectare pentru inductorul L1.

Totuși, se poate alege un inductor din date de catalod tip DO5022P-223 cu DCRmax mai mic (0.047) și Irms=3.5A pentru îmbunătățirea performanțelor convertorului (mai scump și cu dimensiuni mai mari).

Folosind un inductor IL1 cu DCR mai mică(0.047Ω), tensiunea de ieșire va crește cu 0.1V, așa cum se vede în fig.3.5.

Figura.3.5. Tensiunea de ieșire pentru circuitul boost din fig.3., folosind un inductor IL1 cu DCR = 0.047Ω