Invertierender Buck-Konverter in LTSpice, viel Ampere, wenig Volt

[Holger L. (symetron)]

Moin

Ich schaue mir gerade die Buck-Konverter in der Simu an.

Der nichtinvertierende ist gebongt. Spule, Kondensator, Last - Läuft.

Der invertierende ist irgendwie sperrig. Da kommen Ströme von zig Ampere 
zustande, ohne dass dich gewünschte Spannung erreicht wird.



Das TI-Tool sagt bei 50 kHz, 330uH und 43% Duty Cycle eine Spannung von 
-10 Volt voraus. Bei einem Spulenstrom von 0,5 - 1 A. Mit der Last von 
20 Ohm sollten sich dann geglättet 0,5 Ampere ergeben.

Die Simu liefert -3 Volt für 18 Ampere durch die Spule. Ich wollte 
Spannung wandeln, keine Spiegeleier braten.

Da scheint irgendein grundsätzlicher Fehler drin zu stecken.

Falsche Bauteile?
Der NMOS ist für "DC/DC Converters in Computing, Servers, and POL" 
freigegeben
Die Spule SDR1307-331KL ist ein Power Iductor für "nput/output of DC/DC 
converter"

Die "idealen" Elemente von LTspice funktionieren genau so wenig...

Bin gerade echt ein bisschen ratlos.

Gruß
Holger

[K. S. (the_yrr)]

Holger L. schrieb:
> Bin gerade echt ein bisschen ratlos.

Mach mal einen Graphen von der Gate Source Spannung des Mosfets. Hab da 
so ne Idee, aber grade nur ein Handy.

[Holger L. (symetron)]

Hier der GS-PLot

[hinz (Gast)]

Du verwendest den n-MOSFET als Sourcefolger. Nimm besser einen p-MOSFET 
in Souceschaltung.

[Holger L. (symetron)]

Danke. Ich teste das mal

[K. S. (the_yrr)]

Dein Gate liegt während der "aus" Phase fest auf 0V. Wenn die Source 
hier ca. -3V wird, wird GS +3V und schaltet deinen Fet anscheinend 
genügend durch. Entweder was Hinz sagt, oder die Gate ansteuerung 
floatend relativ zu Source und nicht Gnd.

Dass du einen Sourcefolger hast und während "an" nur 2V GS hast, wenn 
der durchschalten soll, kommt noch dazu.

[Holger L. (symetron)]

Ich habe es mal mit dem Gate / Source und dem NMOS versucht. Schaut ganz 
nett aus.

PMOS / PNP führt bei mir immer noch zu akuter Hirnverknotung :-(

Aber irgendwann muss ich wohl auch mal da durch...

Die Spannung pendelt sich bei um die 10 Volt ein, der Spulenstrom bei 
bummelig 1 A. Damit kann ich arbeiten.

Vielen Dank

[Holger L. (symetron)]

Und hier die Umsetzung mit dem p-Kanal-MOSFET

[x] Problem gelöst
[x] Wissen erweitert

Vielen Dank für gleich 2 kleine Erfolgserlebnisse :-)

Gruß
Holger

[Holger L. (symetron)]

R3 kann noch weg. Der Rest ist Kunst.

[Elektrofurz (Gast)]

Holger L. schrieb:
> R3 kann noch weg. Der Rest ist Kunst.

R3 sollte nicht weg, sondern in den Kollektor von Q1 gelegt werden, 
damit das Gate von M1 nicht zuviel Spannung bekommt. Außerdem kann dann 
Q1 mit 3,3 Volt angesteuert werden.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Elektrofurz schrieb:
> R3 sollte nicht weg, sondern in den Kollektor von Q1 gelegt werden,

Richtig. R3 und R4 müssen so ausgelegt werden, das max. Ugate (meistens 
10 oder 20V) nicht überschritten werden.

[hcl (Gast)]

Holger L. schrieb:
> R3 kann noch weg.

Das würde ich nicht sagen.

Elektrofurz schrieb:
> R3 sollte nicht weg, sondern in den Kollektor von Q1 gelegt werden,
> damit das Gate von M1 nicht zuviel Spannung bekommt. Außerdem kann dann
> Q1 mit 3,3 Volt angesteuert werden.

Kann er mit dem Emitterwiderstand nicht? Führe das bitte mal näher aus.

Weg könnte R3 auf keinen Fall - mind. wäre er der untere Teiler-R, ja.

Der R_E macht Q1 zu einer Stromquelle (oder eigentlich -senke, in Bezug
auf den Kollektor). Für variierende Betriebsspannung ist diese Art der
PMOS Highside Ansteuerung ideal.

Holger L. schrieb:
> Ich schaue mir gerade die Buck-Konverter in der Simu an.
>
> Der nichtinvertierende ist gebongt. Spule, Kondensator, Last - Läuft.
>
> Der invertierende ist irgendwie sperrig. Da kommen Ströme von zig Ampere
> zustande, ohne dass dich gewünschte Spannung erreicht wird.

Deine Wortwahl ("sperrig" und auch das darauf folgende) = pure Ironie.

Dieser Konverter heißt "Invertierender Wandler" oder "Inverter" - und
nicht "Invertierender Buck" (Buck = Step-Down = Abwärtswandler oder im
Lehrgang Leistungselektronik "Tiefsetzsteller").

Es ist... die nichtisolierte Version des Flyback (=SPERR-Wandler...).


Hierfür wird die Drossel aufge- und ent- laden ... es gibt keine DC-
Kopplung vom Ein- zum Ausgang, _P(gesamt)_muß_über_diese_Drossel_

...wie es eben auch beim Speichertrafo eines Flyback der Fall wäre.

(Und genau wie bei diesem heißt 50% Tastgrad 1:1 Übersetzung (nur hat
der Speichertrafo ja zwei Wicklungen, ist hier der Hauptunterschied).)


Bei Buck oder Boost geht ein (bei geringen Unterschieden von U_ein zu
U_aus ein sehr großer) Teil der Leistung nicht durch die Drossel...

[hcl (Gast)]

hcl schrieb:
> Für variierende Betriebsspannung ist diese Art der
> PMOS Highside Ansteuerung ideal.

Huh? Was gelöscht. Hier fehlt noch:

"Allerdings müßte bei R_E = 50 Ohm (was auf ca. V_BE=0,7V/50(V/A)=
14mA hin geht) auch R4 ca. 1kOhm werden, um einen Standard-PMOS mit
V_GS(max) 20-30VDC dann auch mit 14mA * 1000(V/A) = 14V anzusteuern.

Der Basisvorwiderstand ist dafür einsparbar bei dieser Stromsenke."