J'essaie de comprendre les principes fondamentaux de l'alimentation à découpage par le biais d'une simulation dans LTSpice.
Je voulais construire un circuit de convertisseur de boost incroyablement simple suivant un modèle d'enseignement souvent donné dans les manuels, mais je ne peux pas faire en sorte que cette chose se comporte du tout comme je m'y attendais, probablement parce que les choses sont très différentes dans la pratique :)
Voici le diagramme schématique exporté depuis LTSpice (notez qu'il utilise des symboles ISO; le composant à droite est une résistance):
La tension d'alimentation est de 5V et je cherche à l'augmenter à 12V avec un courant de charge de 1A, ou une puissance de sortie de 12W. J'ai sélectionné une fréquence de commutation de 20 kHz. D'après mes calculs, j'ai besoin d'un rapport cyclique de 0,583 pour ce faire, donc le temps d'activation devrait être de 29,15 µs. En supposant une efficacité de 0,90, la puissance d'entrée sera de 13,34 W et le courant d'entrée de 2,67 A.
Hypothèses qui peuvent me causer des ennuis:
- Peut-être que l'efficacité est totalement irréaliste pour une conception aussi simple et mon courant d'entrée est beaucoup plus élevé que ce à quoi je m'attendais.
- Au début, je ne me souciais pas beaucoup de l'ondulation, alors j'ai juste choisi l'inductance et le condensateur au hasard.
- Peut-être que la fréquence de commutation était trop petite.
J'ai exécuté la simulation avec un temps de 10 ms (devrait être visible sur le graphique).
Ce que je m'attendais à voir, c'est une tension de 5V, peut-être avec une légère ondulation, au point 2 (entre l'inducteur et le NMOS) et une tension de 12V avec une ondulation au point 3 (entre la diode et le condensateur).
Au lieu de cela, ce qui sort est ce qui ressemble à un chaos total - j'obtiens une tension de crête de 23 V qui oscille autour de 11,5 V au point 2 et une tension de crête légèrement inférieure à un peu plus de 22,5 V qui oscille autour de 17 V au point 3:
Sur le pressentiment que ma fréquence de commutation pourrait être trop basse, j'ai essayé de l'augmenter à 200 kHz (T = 5µs, Ton = 2.915µs) et maintenant j'obtiens quelque chose de plus comme ce que je cherchais, qui est une tension de crête de 12.8V à point 2 (oscillant entre cela et 0V) et un pic de 12V au point 3 (oscillant environ 11.8V):
Il y avait une ondulation importante dans la tension. J'ai essayé d'augmenter la taille de l'inductance à 100µH mais tout ce qui semblait affecter était l'oscillation de démarrage. J'ai donc augmenté la capacité à 10µF, et cela semblait fonctionner, l'oscillation de tension au point 3 est beaucoup plus petite. L'image ci-dessus est le résultat avec un condensateur de 10µF.
Mes questions sont donc les suivantes:
- quel est le problème avec mon modèle d'origine?
- 20 kHz est-il une fréquence de commutation totalement irréaliste (cela semble étrange)?
- si je voulais une fréquence de commutation de 20 kHz, que dois-je changer pour que le circuit fonctionne comme prévu? Un inducteur beaucoup plus gros?
- est-il normal que la tension côté entrée soit similaire à la tension côté sortie lorsque le circuit est en régime permanent?
- quelle équation dois-je utiliser pour dimensionner le condensateur?