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May 30, 2023

LTspice 연구실: 벅 컨버터 전류 및 전압 역학

이전 기사인 스위치 모드 조정 이해: 벅 컨버터에서 강압 스위칭 조정기의 전력단 LTspice 구현을 소개하고 설명했습니다.

이전 기사인 스위치 모드 조정 이해: 벅 컨버터에서는 그림 1에 표시된 강압 스위칭 조정기의 전력단 LTspice 구현을 소개하고 설명했습니다.

이 기사에서는 스위치의 두 가지 상태(켜짐 및 꺼짐)와 관련된 회로의 전기적 활동을 조사합니다.

스위치 제어 파형(회로도의 VSWITCH)이 로직 하이이면 스위치가 켜집니다. 이를 통해 전류가 입력 공급 장치에서 회로의 오른쪽 부분으로 자유롭게 흐를 수 있습니다(그림 2).

그림 2에서 볼 수 있듯이 공급 전류는 스위치 S1과 인덕터 L1을 거쳐 커패시터 C1 및 부하 저항으로 흐릅니다. 인덕터를 통과하는 전류는 증가하고 인덕터는 "충전"됩니다. 즉, 자기장에 저장된 에너지의 양이 증가합니다. 인덕터 전류는 커패시터와 부하로 분배됩니다.

다이어그램에는 다이오드로 흐르는 전류가 표시되지 않습니다. On 상태 동안 스위치 양단의 전압 강하는 거의 0이므로, 결과적으로 다이오드 양단의 전압은 VIN과 거의 같습니다. 따라서 다이오드는 역바이어스되어 개방 회로처럼 작동합니다.

스위치가 켜질 때 그림 3의 다중 창 플롯에 포함된 정보를 주의 깊게 살펴보겠습니다. 우리는 하단에서 시작하여 상단까지 작업하면서 각 하위 플롯에 대해 논의할 것입니다.

맨 아래부터 시작하여 다이오드 양단의 전압(12V) V(d1)이 입력 전압과 동일하기 때문에 온 상태에 있다는 것을 알 수 있습니다.

인덕터 전류 I(L1)이 증가하고 인덕터가 충전 중입니다. 이 플롯에서 세로축의 최소값은 0mA가 아니라 80mA입니다. 스위치가 꺼진 상태에서 입력 전류를 완전히 차단하더라도 인덕터는 상당한 양의 전류가 회로의 오른쪽 부분에 계속 흐르도록 보장합니다.

커패시터에 흐르는 전류 I(C1)도 증가한다. I(C1)이 0mA를 초과하고 양수가 되면 커패시터가 충전되기 시작하고 전압이 증가합니다.

부하 전류 I(Load)는 인덕터 전류의 평균값에서 안정적입니다. 인덕터 전류가 140mA 리플로 증가하거나 감소할 때 부하 전류가 어떻게 그렇게 안정적으로 유지됩니까? 인덕터 전류에 대한 유일한 두 가지 경로는 부하 저항과 커패시터 C1이므로 대답에는 C1이 포함되어야 합니다.

I(C1) 플롯을 살펴보면 커패시터가 인덕터 전류의 편차를 지속적으로 보상한다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어, I(L1)이 80mA일 때 I(C1)은 –70mA입니다. 여기서 음수 기호는 커패시터가 70mA를 공급하고 있음을 의미합니다. 부하는 인덕터에서 80mA를 더하고 커패시터에서 70mA를 얻으므로 총 전류는 150mA가 됩니다.

그러나 I(L1)이 220mA일 때 I(C1)은 +70mA입니다. 여기서 양의 부호는 커패시터가 70mA를 흡수한다는 것을 의미합니다. 따라서 부하는 220mA – 70mA = 150mA가 됩니다.

커패시터 양단의 전압이기도 한 출력 전압 V(vout)는 평균 전압 근처에서 낮은 진폭 리플을 나타냅니다. 출력 전압 플롯에서 전압 리플을 강조하기 위해 y축을 확대했습니다.

커패시터 전류가 0mA를 넘으면 전압이 증가하기 시작합니다. 이는 의미가 있습니다. 이 시뮬레이션에서 양의 커패시터 전류는 커패시터로 흘러 들어가 전압을 증가시키는 전류입니다.

출력의 약 6V는 12V 입력의 대략 절반입니다. 벅 컨버터는 실제로 원하는 대로 전압을 낮췄습니다.

스위치 S1이 꺼지면 그림 4에 표시된 것처럼 회로의 오른쪽 부분에 전류가 계속 흐릅니다. 하지만 이 전류는 입력 전원에서 나올 수 없으며 다음에서 나올 수도 없습니다. 아무데도. 대신 다이오드 D1의 도움을 받아 순환합니다.

스위치가 꺼지면 인덕터 L1이 부하가 아닌 소스처럼 작동합니다. 인덕터는 입력 전원 손실에도 불구하고 전류 흐름을 유지하지만 전류는 감소하고 있습니다.