Лаба 2 / Laba_02
.pdf
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОНИЖАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
ЭТУ 042113.01 Э3
Санкт-Петербург 2023 г.
1МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОНИЖАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
1.1Индивидуальное задание
–Частота переключения f = 2000 Гц
–Vin = 24 B
–Vout = 16.45 B
–колебания тока в индуктивности ≤ 10% (влияет на выбор L)
–колебания напряжения на нагрузке ≤ 10% (влияет на выбор C)
–на входе мощность источника 10 Вт
–выбрать L,C, коэффициент заполнения, нарисовать графики тока через индуктивность и напряжения на нагрузке.
Подп. и дата |
|
|
2 |
|
L1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Vin |
|
VD |
|
C1 |
RLoad |
|
|
|
дубл. |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Рисунок 1 – Схема понижающего преобразователя (buck converter |
|
||||||
Инв. |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Взам. инв. № |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Подп. и дата |
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
|
|
||
|
Изм. Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
№ подл. |
Разраб. |
Токарев А. А. |
|
|
Моделирование |
Лит. |
Лист |
Листов |
|
Пров. |
Прокшин А.Н. |
|
|
У |
2 |
7 |
|||
|
|
|
|
понижающего |
|
|
|
||
Инв. |
Н. контр. Прокшин А.Н. |
|
|
преобразователя |
|
|
|
||
Утв. |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
1.2Непрерывный режим
|
|
Период |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0.0005 сек |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2000 Гц |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Коэффициент заполнения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
|
|
|
16.45 В |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D = |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= 0.686 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Vin |
|
|
24 В |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
Отсюда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
tпроводит = D · T = 0.686 · 0.0005 = 0.000343 сек |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
tне проводит = (1 − D) · T = 0.314 · 0.0005 = 0.000157 сек |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Нагрузка, исходя из напряжения на нагрузке Vout и заданной мощности P : |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
2 |
|
|
|
|
|
(16.45 В)2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
RLoad = |
|
|
out |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 27.08 Ом |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
10 Вт |
|
|
||||||||||||||||
|
|
Ток на выходе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout = |
|
P |
|
= |
|
10 Вт |
= 0.608 А |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Vout |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16.45 В |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Определим L: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
∆i = |
|
|
|
(Vin − D |
· Vin)D · T = |
|
|
Vin · (1 |
− D) · D |
|
||||||||||||||||||||||||
L |
L · f |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 |
Vin · (1 − D) · D = |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
· 24 · (1 − 0.686) cot 0.686 |
|
|||||||||||||||||||||
|
L = |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
∆i · f |
0.608 · 0.1 · 2000 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L = 0.043 Гн = 43 мГн |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
Определим C: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
∆V = |
1 |
|
· ∆i = |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
· Vin · (1 |
− D) · D |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
8 · C · f |
8 · L · C · f2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
C = |
|
|
|
|
· ∆i = C = |
|
|
· 0.0608 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
8 · ∆V · f |
8 · 1.64 · 2000 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C = 2.3 мкФ |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
Лист |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
1.3Моделирование в ngspice
Программа моделирования будет выглядеть следующим образом:
Tokarev Buck converter
*
Vin 1 0 24
L1 1 2 3m ic=4.17
S1 2 0 sig 0 swm
D1 2 3 mod1
C1 0 3 86u ic=35
R1 0 3 12.25
Vsig sig 0 PWL(0 1 0.000105 1 0.000105 0 0.000333 0) r=0
.model swm sw (Ron=0.001 RoFF=1Meg VT=0.98 VH=0.01)
.model mod1 D
.control
set color0=rgb:FF/FF/FF tran 0.0000001 50m UIC plot V(3)
plot L1#branch
.endc
.end
Графики тока через индуктивность и напряжения на нагрузке представлены на рисунках 2 и 3.
|
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
Рисунок 2 – ток iL через индуктивность L1
Рисунок 3 – напряжение на нагрузке
|
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
1.4Прерывистый режим
|
|
|
Рассчитаем значения емкости и индуктивности для прерывистого режима: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
IL = Iout = |
∆iL |
= |
0.0608 |
= 0.03 А |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
R = |
Vout |
= |
16.45 |
= 548.33 А |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Iout |
0.03 |
|
|
|
||||
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
L = 0.086 Гн |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C = 1.14 мкФ |
|
|||||||
Чтобы вывести ток на ключе, добавим последовательно с ключом очень малую |
||||||||||||||||
индуктивность. Тогда программа моделирования в ngspice будет выглядеть сле- |
||||||||||||||||
дующим образом: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Tokarev Buck converter |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vin 1 0 24 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Lin 1 2 0.0000000001 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
L1 |
3 4 |
0.086 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
S1 2 3 sig 0 swm |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
D1 0 3 mod1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
C1 |
4 0 |
1.14u |
|
|
|
|
|
|
||||||||
R1 |
4 0 |
548.33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Vsig sig 0 PWL(0 0 0.000157 0 0.000157 1 0.0005 1) r=0 |
|
|||||||||||||||
.model swm sw (Ron=0.001 RoFF=1Meg VT=0.98 VH=0.01) |
|
|||||||||||||||
.model mod1 D |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
.control |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
set color0=rgb:FF/FF/FF |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
tran 0.01m 20m |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
plot Lin#branch |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
.endc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
.end |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
Лист |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
||||
Изм. |
Лист |
|
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата
График тока через ключ в прерывистом режиме представлен на рисунке
4.
Рисунок 4 – ток через ключ
|
|
|
|
|
ЭТУ 042113.01 Э3 |
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
||
7 |
|||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|