Как должна вести себя катушка?, Какое напряжение должно быть в точке ключа? Опции

[javalenok]

Физику эл-м полей объяснять не надо, не пойму. Меня интересует, работа нагнетателя в импульсном блоке, повышающем (boost) напряжение. Кто не знает, что это такое, может заглануть к Максиму на туториал. Один конец катушки соеденён с входм питания, на другом - ключ и прямосмещённый диод, эта точка называется "ключевая" или "ключём". На другом конце диода - повышеное выходное напряжение, отфильтрованное кондёром. Замыкане ключа на землю позволяет раскручивать катушку.

В стационарном режиме, когда ключ долгое время разомкнут и ток через катушку не идёт, на обоих концах катушки имеем одинаковое (входное) напряжение. Иначе, если бы напряжение на концах катушки различалось, это вызывало бы в ней ток и режим бы был нестабильный. Приступим к работе. Замыкаем ключ на землю, ждём некоторое время пока в индуктор набирает обороты, и вновь отключаем катушку от земли. Ток, протекающий через катушку протолжает гнать заряды со входа +фпитания на ключ и диод. Напряжение на диоде моментально превышает U выходное и ток зарядов вываливает в выходной кондёр. При этом, напряжение на ключвом выводе катушки больше чем на входном. Через короткое время ток спадает до нуля... И что? Это и есть мой вопрос.

По-идее, ток через катушку должен оставаться нулевым до следующего замыкания ключа. Но отсутствие тока подразумевает нулевую разницу давлений на концах индуктора, поскольку любая разница неизбежно вызывает ток. Но у нас-то напряжение на одном конце Uвх, а на другом Uвых. Значит, ток будет, но какой? Видать, на ключе какая-то паразитная ёмкость, заряды оттуда потекут на вход, погонят катушку в противофазу, и быстро закончатся - на ключе получим "минус", ток опять потечёт в прямом направлении. Короче, приходим к колебаниям. Это норма в импульсном блоке?

Интерес мой отнюдь не праздный. Пробовал собрать импульсный повышающий блок на LM5000, вот что вышло - полюбуйтесь на колебания на свиче. Это из-за них проклятых такая лажа в обратной связи и нихрена не работает? Ужо больно точно звон в ОС повторяет колебания катушки, которые я попытался разобрать в данной теме. Примечательно то, что пульсации, приследующие импульс свича, исчезают при увеличении индуктивности катушки.

Есть ли тут люди способные описать надлежащее поведение цепи?

[rod]

....спад тока катушки, повсеместно представляемый как линейный, на самом деле ведь - косинус, только слегка приутюженный? Верно?

И да и нет. Верно, если отбросить ограничения приближенного расчета. Для приближенного расчета ( противоречие, конечно: как же тогда регулировать? ) считаем Uвых=const.

[javalenok]

И да и нет. Верно, если отбросить ограничения приближенного расчета. Для приближенного расчета ( противоречие, конечно: как же тогда регулировать? ) считаем Uвых=const.

Вот об этом я и хотел поговорить. О выборе индуктивности.

Насколько я понял, существуют 2 принцыпиальные топологии: понижающая (buck) и повышающая (boost). В тарнсформаторном исполнении они называются прямо- и обратноходовые. Ключевое различие в количестве энергии закачиваемой затакт. Их принцып можно рассмотреть на примере насоса, накачивающего бочку. Прямоходовой накачивает до определённого давления и останавливается. Останавливается из-за того, что разница давлений между источником и внутри бочки выравниваются. Обратноходовой зачерпывает всегда одинаковое количество энергии из источника и запихивает в бочку не взирая на давление в ней. Он может быть опасен -- разорвёт бочку, если никто его не остановит. То есть ток прямоходового за 1 такт будет dI = (Vin-Vout)*T/L, если мы для простоты выбираем Vout за константу. Действие преобразователя можно сравнить с зарядом кондецатора через резистор, по экспоненте -- чем ближе выход к входу, медленне заряд за еденицу времени. У обратноходового dI = Vin * T/L. Правильно (без учёта гармоничеких эффектов, Vout=const)?

Я задумался над LC-фильтром, придумывая импульсный усилитель. На нагрузке нужно создавать напряжение в К раз больше входного по амплитуде по абсолютной велечине. Сначала топология типа buck показалась проще. Но как выбрать L и С? Ёмкость очевидно должна хранить столько энергии, чтобы пока не придёт следующая порция энергии, нагрузка заметно не снизила напряжение. Подозреваю, что это время порядка такта. На высокой громкости, напряжение будет спадать быстрее. Увеличиваться, как мы уже рассмотрели -- наоборот, чем ниже заряд кондентсатора, тем больше его приходит за период Т. Увеличение напруги на кондёре при этом также не должно заметно меняться. Какие есть соображения по поводу выбора LC? Как правильно решать задачу?

[javalenok]

Да и обратноходовой -- не подарок. Несмотря на то что каждый такт он запасает постоянную энергию dE = V*T/L, фильтрующий кондентсатор принимает её по-разному в зависимости от имеющегося напряжения. Если оно равно нулю, то ток будет втекать и втекать, не ослабевая. Это должно вывзвать большой рост напряжения на конд-ре. Если же напряжение уже велико, то ток индуктора быстро спадёт, подём напр. будет значительно меньше. Это вследствие того, что энергия кондентсатора E = CU^2/2 пропорциональна квадрату U и добавка той же порции энергии на высоких напряжениях сопроваждается незначительным ростом U. А нагрузка тем временем потребляет гораздо бОльшую мощность на высконих напряжениях U^2/R_load.

Можно предположить, что единственный способ подкачивать энергию так чтоб за такт напряжение на нагрузке повышалось на одинаковую величину -- заряжать фильтрующий постоянным током. Например два параллельных флэйбэка держат постоянный ток в своих индукторах. Пока один восстанавливается, другой -- отдаёт энергию в нагрузку. Только снова проблема: индуктивность катушек должна быть велика, чтоб ток не спадал на протяжении 1-го такта, пока заряжается конд-р в наихудшей ситуации (выходное напряжение -- max). Но большие индуктивности плохо поглащают энергию, поэтому в ситуации когда входное напряжение не велико источники тока не будут успевать восстанавливаться...

Существует ли учебник по фильтрам импульсных усилителей?