Buck Converter - Berechnung Einschwingzeit und max. Spannung

[Michael O. (ebito)]

Hallo zusammen,

ich versuche zur Zeit herauszufinden, wie ich die Einschwingzeit und 
deren maximalen Amplitude, bei einem Buck Converter, berechnen kann 
(z.B. siehe Anhang).

Bin für jede Hilfe dankbar.

Gruß

[Thomas E. (picalic)]

L1, C1 und R3 bilden einen Parallel-Schwingkreis für eine gedämpfte 
Schwingung. Dessen Dimensionierung ist für den Kurvenverlauf 
verantwortlich.
In der Praxis verhindert aber die Regelung im Controller-IC einen 
derartigen Verlauf der Ausgangsspannung (oder sollte es zumindest...).

[Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish)]

Falls das eine Hausaufgabe sein sollte:
- indem Du ein nichtlineares Differentialgleichungssystem aufstellst und 
dieses löst

Im reellen Leben 1:
- versuchen, auch die parasitären Parameter zu erfassen
- in die Simulation geben

Im reellen Leben 1a:
- aufbauen / messen

Im reellen Leben 2:
- Datenblätter und Appnotes lesen und durchrechnen

Im reellen Leben 2a:
- mit mehr Informationen Leute im Forum für das Problem interessieren

Frage: was ist das Ziel der Übung?

[Michael O. (ebito)]

Vielen Dank zusammen.

Marcus H. schrieb:
> Frage: was ist das Ziel der Übung?

Einfach nur Verständnis ;-)
Studium ist schon zuuu lange her und im Alltag kommt man leider nur noch 
sehr selten mit sowas in Kontakt.

[Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish)]

Ah, das ist echter Sportsgeist. Freut mich jetzt echt.

In dem Fall würde ich empfehlen, einen Wandler real aufzubauen und 
gleichzeitig in der Simulation nachzubauen.

Und dann schraubst Du so lange an der Simulation, bis diese eine nicht 
mehr zu bestreitende Ähnlichkeit mit dem realen Aufbau hat.

Bis dahin hast Du eine Menge Schmutzeffekte kennengelernt.

Und Appnotes/Datasheets von dem üblichen Verdächtigen (TI, LT, etc.) 
lesen und verstehen (nachrechnen).

[voltwide (Gast)]

Die Simulation zeigt einen ungeregelten Wandler, der aus einer 
Spannungsquelle (mit Ri=0?) gespeist wird. Da der Stromfluß nur durch 
den RDson des PowerMOSFET und die Seriendrossel begrenzt ist, wird der 
Wandler sehr schnell einschwingen.

Reale Wandler verfügen üblicherweise über eine Strombegrenzung, und 
damit sehen dann die Verhältnisse schon wieder anders aus.

Einfach mal mit spice weiter herumspielen und an den verschiedenen 
Stellen messen, insbesondere den Strom durch die Speicherdrossel 
betrachten und verstehen lernen.

[Michael O. (ebito)]

So habe es gelöst. Laplace sei Dank ;-)
Wem es interessiert, für den habe ich die Lösung im Anhang.

Grüße

Michael

[Helmut S. (helmuts)]

Hallo Michael,

leider war deine Mühe umsonst. Die Wirklichkeit sieht ganz anders.
Kurz nach dem Peak, der übrigens bei 2,xms ist, gilt dein Modell nicht 
mehr, da die Diode stromlos wird. Deshalb sieht der weitere Verlauf auch 
ganz anders aus. Vergleiche dei Wirklichkeit (rot) mit dem Ergebnis der 
falschen Annahme (blau) der unteren Schaltung.

Wer das kostenlose LTspice installiert hat der kann mit den angehängten 
Dateien gleich mitsimulieren.

Gruß
helmut

[Michael O. (ebito)]

Helmut S. schrieb:
> Hallo Michael,
>
> leider war deine Mühe umsonst. Die Wirklichkeit sieht ganz anders.
> Kurz nach dem Peak, der übrigens bei 2,xms ist, gilt dein Modell nicht
> mehr, da die Diode stromlos wird. Deshalb sieht der weitere Verlauf auch
> ganz anders aus. Vergleiche dei Wirklichkeit (rot) mit dem Ergebnis der
> falschen Annahme (blau) der unteren Schaltung.
>
> Wer das kostenlose LTspice installiert hat der kann mit den angehängten
> Dateien gleich mitsimulieren.
>
> Gruß
> helmut

Hallo Helmut,

vielen Dank für deine Antwort. Bin gerade etwas verwirrt. Wieso stimmt 
meine Simulation (siehe Screenshot vom 1. Beitrag) mit meiner 
berechneten Kurve überein.
Was bedeutet 2,xms?

Wieso wird die Diode stromlos?
Jedes mal wenn der MOSFET sperrt wirkt die Induktion doch dagegen, oder?

Gruß

Michael

[Helmut S. (helmuts)]

> Was bedeutet 2,xms?
Etwas später als 2ms, ca. 2,16ms.

> Wieso wird die Diode stromlos?
Beim buck converter gibt es je nach Last den "nicht lückenden" und den 
"lückenden" Betrieb der Diode. Zusätzlich kommt hier noch der stromlose 
Betriebsfall  hinzu, weil die Spannung bei der gegebenen Kombination aus 
L, C und R beim Einschalten überschwingt.


All diese komplizierten Zusammnhänge hätte man nciht , wenn statt der 
Diode ein echter Schalter verwendet würde.