开关电源电路的设计及仿真1
基于PSpice的开关电源设计与仿真_

基于PSpice的开关电源设计与仿真_开关电源是一种高效率的电源系统,能将输入电压转换为稳定的输出电压。
它由不同的电子元件和模块组成,如开关管、反馈控制电路、滤波电容等。
为了确保开关电源的性能,设计和仿真是非常重要的步骤。
在本文中,我们将介绍如何使用PSpice进行开关电源的设计和仿真。
首先,我们需要了解开关电源的基本原理和要求。
开关电源通常由一个开关管和一个输出滤波电容组成。
通过周期性地开关开关管,可以实现输入电压的转换。
为了达到稳定的输出电压,需要反馈控制电路来监测输出电压,并根据需要调节开关管的开关频率和占空比。
在设计开关电源之前,需要确定以下参数:1.输入电压范围:开关电源能够接受的输入电压范围。
2.输出电压:需要得到的稳定输出电压。
3.输出电流:需要保持的输出电流水平。
4.开关频率:开关管的开关频率。
5.开关管和输出滤波电容的评估:选择适合的开关管和输出滤波电容。
6.反馈控制电路:确定适当的反馈控制电路。
接下来,我们将使用PSpice进行开关电源的设计和仿真。
2.设计反馈控制电路并将其与开关电源原理图连接。
可以选择使用比较器、反馈电阻等。
3.设置合适的仿真参数,例如输入电压范围、输出电压、输出电流等。
4.运行仿真,观察开关电源的性能。
可以检查输出电压是否稳定,开关管和滤波电容的工作状态等。
在仿真过程中,您可以通过修改参数和测试不同的设计选择,以获得最佳的开关电源性能。
还可以进行波形分析和参数优化,以确保开关电源在各种工作条件下都能正常工作。
总结起来,基于PSpice的开关电源设计和仿真是一项重要任务。
通过使用PSpice软件,我们可以在设计和测试阶段进行快速和准确的电路仿真。
这有助于我们更好地理解和优化开关电源的性能,并确保其在实际应用中能够稳定工作。
开关电源的电路仿真分析(建模)方法

开关电源的电路仿真分析(建模)方法电路仿真分析方法主要有:状态变量法、节点分析法、改进的节点分析法、状态空间平均法等。
1)以状态变量法为基础的仿真技术状态变量法可以很容易地得到电路的瞬态性能,并评价电路的稳定性。
状态变量法是以电路中某些支路的电压和电流当做状态变量建立电路的状态方程。
一般是取电容上的电压和电感中的电流作为未知的状态变量,然后再用图论的方法列出方程,来决定每一电路的固有树(Proper Tree)。
电路各变量并不直接包含在状态变量中,而是利用一组显式代数方程求出。
对于开关转换器这样的离散电路,应首先列出电路的分段线性状态方程,而后求状态转移规律,并由此导出描写电路的非线性差分方程,此法称为离散时域法。
美国VIRginia 电力电子中心开发的面向系统的开关转换器仿真软件COSMIR 就属于这一类型。
它将开关器件理想化,转换器的每一个运行模式都由一组线性时不变状态方程描述,在考虑开关条件以后,用直接数字积分法或解析法求解,可以快速地得到稳态响应或大信号瞬态响应。
也有的以网孔法或节点法为基础而建立的离散时域法仿真程序。
以状态变量法为基础的仿真技术的缺点是:不能与SPICE 等通用电路仿真程序兼容;由于开关器件理想化,不能分析器件开通或关断瞬间开关器件上的电应力变化。
2)以节J 点分析法为基础的仿真技术以节点分析法为基础的仿真技术可以应用于电力系统等大系统的仿真,有EMTP、ATP、PECAN 等程序。
EMTP 是电力系统瞬态分析的工具, ̄{\TP 则是功率转换器和电力传动的仿真工具。
PECAN 是专用于仿真电力电子闭环系统的分析程序。
以节点分析法为基础仿真电力电子电路,其主要的缺点是:处理电源不充分,不能包含与电源有关的元件;不便得到支路电流;难以实现有效的数字积分;分析线性电路的零、极`点要用特殊技术;难以快速分析电力电子电路的稳态等。
3)以改进的节J 点分析法为基础的仿真技术对节点分析法进行改进,引入适当的支路电流,并包括电压源及各种与电流有关的元件,相应的支路关系成为附加电路方程,部分地改善了上述节点分析法的一些缺点。
第7章开关电源仿真设计

开关电源工程优化设计的特点
(1)优化设计方法是把数学规划与计算机辅助设 计方法融于一体的一种设计方法。 (2)按变量取值为连续或离散,可将优化问题分 为连续优化问题和离散优化问题。 (3)优化设计是一种数值计算方法。
开关电源应用最优化方法的几个问题
1、最优解的性质 2、 初始点的选择 3、 收敛判据 4、 变量尺度的统一 5、 约束值的尺度统一 6、 多目标优化问题
开环降压式变换SIMULINK仿真
降压式变换器的电路原理图
IsSPICE的组成及功能特点
1、电路图输入软件SPICENet 2、IsSPICE仿真软件的模型库 3、数/模混合开关电源电路仿真软件IsSPICE4 4、IsSPICE仿真软件的波形处理与分析软件 IntuScope 5、IsSPICE仿真软件的符号编辑器Symbol Editor 6、IsSPlCE仿真软件的文字编辑软件IsEd
开关电源的主要性能指标
1、输出/输入电压比(Vo/Vi) 2、输出功率Po 3、变换器效率 4、输出电压纹波ΔVo 5、对输入电压源Vi的电磁干扰(EMI)幅度的 限制
开关电源主电路设计的内容
① 电路拓扑形式的选择 ② 开关晶体管、整流二极管的电流及电压的选择 ③ 输入输出滤波器形式以及参数的确定 ④ 计算磁性元件(电感、变压器、电流互感器 等)的磁心规格、尺寸和绕组匝数、导线规 格,以及电容的选择等。
开关电源电路的建模方法
1、状态变量法:以电路中的某些支路电压 和电流作为状态变量,建立开关电源电路的 状态方程。 2、节点分析法:EMTP、ATP、PECAN等 程序
3、改进的节点分析法:求解方程时采用直接法, 即将非线性代数—微分方程转换为一组非线性差分 方程,应用牛顿-拉夫逊法迭代求解方程组,利用 稀疏LU分解技术连续求解线性代数方程组。 4、状态空间平均法:利用一周期内平均状态变量, 将一个非线性、时变、开关电路转变为一个等效的 非线性、时不变的连续电路,因而可对开关转换器 作大信号瞬态分析,并可决定其小信号传递函数及 零、极点配置,建立一个状态空间平均电路模型。
基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究(1)

基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真研究(1)随着科技的不断发展,电子产品越来越普及,电源的研究也越来越重要。
A开关电源是一种常见的电源类型,它采用高频进行开关,能够将输入电压进行变换得到所需要的输出电压。
为了控制A开关电源,让它输出满足需求的稳定电压,一种被广泛应用的控制方式是PI控制。
PI控制是通过调节比例和积分两个参数来实现电源输出电压的控制,使用这种控制方法可以避免A开关电源的过零现象,减少输出噪声。
本文主要利用MATLAB进行基于PI控制方式的A开关电源的仿真研究。
首先,在MATLAB中进行A开关电源的建模。
建模的过程中需要考虑电源的输入电压、输出电压、开关周期等因素,并根据这些因素确定模型参数。
模型建立完成后,利用MATLAB的仿真器进行模拟实验,运用不同的控制策略,如比例控制、积分控制、PI控制等,观察电源的输出电压是否符合要求。
接着,在MATLAB中调整PI控制的参数,观察参数变化对电源稳定性和输出电压波动的影响。
通过调整PI控制的比例参数和积分参数,找到使得输出电压稳定的合理参数范围,并找出最佳参数组合。
通过对仿真结果的分析,可以得到如果要实现较为稳定的电源输出电压,需要控制PI控制器中的比例参数和积分参数同时进行调整。
最后,对实验数据进行统计分析,评估PI控制方式的有效性,并比较PI控制方式和传统控制方式的电源输出效果。
从实验结果可以看出,基于PI控制方式的A开关电源输出电压更稳定,噪声较小,与目标电压更为接近。
相比传统控制方式,PI控制方式能够更好地保证A开关电源的输出电压稳定性和可靠性。
综上所述,本文主要研究了基于PI控制方式的A开关电源MATLAB仿真。
通过模型的建立、参数的调整和实验数据的分析,得出了PI控制方式在控制A开关电源输出电压方面的优越性。
这些研究结果对于电源的研究和应用,以及其他领域的自动控制方案的设计具有重要的参考价值。
开关电源的设计与仿真

开关电源的设计与仿真开关电源是一种常用的电源设计方案,它能够将输入电压转换成稳定的输出电压,并具有高效率、小体积和轻负载能力强等特点。
下面将介绍开关电源的设计原理和仿真方法。
首先,选择合适的拓扑结构对于开关电源的设计至关重要。
常见的拓扑结构有:Boost、Buck、Buck-Boost、Cuk等。
不同的拓扑结构适用于不同的输入输出电压范围和应用场景。
例如,Buck拓扑适用于输出电压小于输入电压的场合,Boost拓扑适用于输出电压大于输入电压的场合,Buck-Boost拓扑适用于输出电压可大可小的场合。
其次,控制策略对于开关电源的性能也起到了至关重要的作用。
常见的控制策略有:固定频率PWM(脉宽调制)控制、变频PWM控制和电流模式控制等。
不同的控制策略对于输出电压的稳定性、负载能力和效率等方面的影响不同。
因此,在设计开关电源时需要根据具体的要求选择合适的控制策略。
电路仿真是对开关电源的基本电路进行模拟和分析。
在电路仿真中,可以使用专业的电路仿真软件如SPICE进行建模和仿真。
通过调整参数和信号输入,可以模拟不同负载、不同工况下开关电源的工作情况,并获取电路的输出特性、电压波形等信息。
这样可以及时发现设计缺陷和改进方向。
系统仿真是对整个开关电源系统进行建模和仿真。
开关电源系统包括开关电源核心电路、控制电路以及反馈电路等。
系统仿真能够模拟复杂的工作环境和系统交互,并综合考虑开关电源的输入输出特性、稳定性和效率等。
通过系统仿真,可以评估和优化整个开关电源系统的性能。
综上所述,开关电源的设计与仿真是一个相互依赖、相辅相成的过程。
设计者需要根据实际需求选择合适的拓扑结构和控制策略,并进行电路仿真和系统仿真来验证设计方案的正确性和性能指标。
通过不断的调整和优化,最终可以得到稳定高效的开关电源设计方案。
大功率开关电源硬件电路设计及仿真

大功率开关电源硬件电路设计及仿真摘要开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。
开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
通过了解、比较电压控制型和电流控制型PWM控制芯片的控制模式,针对宽输入,多路输出的设计要求,设计出了基于电流控制型PWM控制芯片UC3846、UC3842的两级变换器的组合式开关电源。
第一级采用buck变换,二级采用半桥推挽式变换器。
并对buck变换器进行建模,在MATLAB上进行仿真验证。
关键词:电流脉宽调制;降压式;推挽式;多路输出HP Switching Power Supply circuit design and simulationAbstractSwitching power supply is the use of modern power electronic technology, opening of control switch transistor turn-off time and the ratio of the output voltage to maintain a stable power supply .High-frequency switching power supply is the direction of its development, high-frequency switching power of miniaturization, and switching power supply to enter a wider range of application areas, especially in the high-tech fields, and promote the miniaturization of high-tech products, light of.Based on topology and control a variety of technical maturity, electrical performance, as well as comparative indicators of cost, through the understanding, comparison and current-controlled voltage-controlled PWM control mode to control chip for wide-input, multi-channel output of the design requirements designed based on the current-controlled PWM control chip UC3846, UC3842 levels of the modular converter switching power supply. Buck the introduction of the first transformation, the use of two push-pull half-bridge converter. The buck converter small-signal modeling, carried out in the MATLAB simulation.Key word:Current PWM;Buck ;Push-pull ;Multi-output目录摘要...................................................... ..I Abstract ................................................... I I 主要符号表................................................ i ii 1 绪论.. (1)1.1 前言 (1)1.2国内外电源技术发展概况 (1)1.3 选题背景 (2)1.4 本课题要求及主要研究内容..................................... .. 22 系统的整体方案分析选择 (4)2.1 组合式开关电源的结构 (4)2.2 组合式开关电源的原理分析 (4)2.2.1 斩波器电路 (5)2.2.2 推挽式变换器电路 (6)3电源主电路设计 (7)3.1 buck变换器 (7)3.1.1 buck工作原理 (8)3.2 推挽式变换器 (10)3.2.1 主从输出推挽拓扑的原理 (10)3.2.2 推挽式变换器存在的问题及解决方法 (11)3.3输出整流滤波电路设计 (15)4.控制电路和保护电路的设计 (17)4.1控制电路方案比较选择 (17)4.2 控制电路设计 (21)4.2.1 buck控制电路设计 (21)4.2.2 推挽式控制电路设计 (25)4.3保护电路设计 (28)4.4缓冲电路设计 (30)4.5 自举电路设计 (31)5.系统的建模与仿真 (33)5.1 MATLAB简介 (33)5.2系统的建模 (33)5.3系统的仿真及结果分析 (33)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)毕业设计(论文)知识产权声明 (45)毕业设计(论文)独创性声明 (46)附录 (47)主要符号表Buck 降压式EMC 电磁兼容EMI 电磁干扰CMC 平均电流模式ESR 等效电阻Ton 开关处于开通时间Toff 开关处于关断时间B 磁通密度C 电容D 占空比fs 开关频率KT 变压器变比I电感电流直流平均、交流有效值LR负载电阻LN 绕组匝数Vin 输入电压P 功率C缓冲电容STs 开关周期Ui 输入电压Uo 输出电压L 电感1 绪论1 绪论1.1 前言电力电子学是综合应用电工理论、电子技术及控制理论等,利用电力电子(功率半导体)器件控制或变换电能,以达到合理而高效率地使用能源。
小功率开关电源的设计及仿真剖析

小功率开关电源的设计及仿真剖析
首先,我们来看设计方面。
小功率开关电源的设计需要考虑输出电流
和电压的要求,以及对线路噪声和稳定性的要求。
设计的第一步是选择合
适的开关管和变压器。
开关管需要能够承受电流和电压的要求,并且具有
低导通压降和开关速度快的特点。
变压器的选择需要根据输入电压和输出
电压的比例来确定,并需要结合输出电流的要求来确定主、从绕组的匝数
比例。
设计完成后,还需要添加滤波电容和电感来降低输出噪声。
其次,我们来看仿真方面。
仿真是开关电源设计中非常重要的一步,
可以帮助验证设计的正确性并进行性能优化。
常用的仿真软件有PSPICE
和SIMULINK等。
仿真的第一步是建立电路图,在仿真软件中将开关管、
变压器、滤波电容和电感等元件进行连接。
然后,根据设计要求设置输入
电压、输出电流和电压等参数。
接下来进行仿真运行,观察输出波形和电
流波形,分析电源调整时间、稳压性能和线路噪声等指标。
如果存在问题,可以通过改变电路参数或者添加补偿电路来进行优化。
综上所述,小功率开关电源的设计和仿真是一个相互关联且相对复杂
的过程。
设计需要考虑输出要求,并选择合适的元件,仿真则是验证设计
和优化性能的关键步骤。
通过科学合理的设计和精确的仿真,可以得到性
能稳定、噪声低且符合要求的小功率开关电源。
案例1l4978开关电源单面电路板设计 (1)

案例1 L4978开关电源单面电路板设计图10—1所示为L4978开关电源电路原理图.该电源为一非隔离型DC/DC变换器,核心元件是ST公司生产的开关电源芯片L4978.该电路允许输入电压范围为5~55V,输出电压范围为3.3~50V(此开关电源为降压型,输出电压小于输入电压),最大输出电流可达到2A.图中电阻R1和电容C3决定系统工作频率,L4978最高允许频率为500KHz.电阻R3和R4构成电压反馈电路,分压比决定输出电压的高低.R4的阻值为4.7KΩ,调整R3的阻值,可改输出电压.如表10—1所示为输出电压与R3阻值关系.表10—1 输出电压与R3阻值关系列表下面从电路原理图开始进入L4978开关电源PVB设计之旅.10.1.1 原理图设计1.建立文件夹在D盘建立一个文件夹,名称为:L4978.2.创建项目物件1)启动Protel DXP.2)执行菜单命令[File]/[New]/[PCB Project],系统建立一个项目文件,默认文件名为:PCB Project1.PRJPCB.3)执行菜单命令[File]/[Save Project],将新建项目文件换名保存,选择文件路径并输入新建项目文件名L4978,完成D:L4978\L4978.PRJPCB项目文件的建立.3.创建一个性的原理图文件1)执行菜单命令[File]/[New]/[Schematic],新建一原理图文件.2)然后执行菜单命令[File]/[Save]命令,选择路径并输入文件名L4978,建立一个原理图文件D:\L4978\L4978.SCHDOC.4.载入元件库该电路元件列表如表10—2所示.表10—2 L4978开关电源元件列表由表10—2可以看出L4978开关电源涉及的元件除L4978原理图元件需自己制作外,其余都是系统默认集成元件库Miscallaneous Devices.LVTlib和Miscallaneous Connevtors.IntLib内的元件.5.绘制原理图(1)参数设定执行菜单命令[Design]/[docement Options],将电气栅格属性设为10mil.(2)放置元件1)单击原理图编辑器下部面板标签”Libraries”,打开元件库面板,选择Miscellaneous Devices.IntLib元件库.2)单击Res2元件,再按Place Res2按钮,按Tab键修改器属性,序号改为,序号改为R1,Comment项设为不可见,将右侧Value值设为20K,观察元件封装是否为AXIAL-0.4,是就按OK.3)将光标拖到合适位置,利用空格键旋转元件的方向,单击鼠标左键,完成电阻R1放置;系统处于放置Res2状态,序号自动加1变为R2,单击鼠标左键,完成电阻R2放置;与此类同,完成R3.R4的放置.4)在元件库中,单击Cap元件,再按Place Cap按钮.按Tap键修改器属性,序号改为C2,Comment项设为不可见,将右侧Value值设为2.2μF,元件封装改为RAD-0.1,按OK按钮.5)将光标拖到合适位置,利用空格键旋转元件的方向,单击鼠标左键,完成电容C2放置;系统仍处于放置Cap状态,序号自动加1变为C3,单击鼠标左键,完成电阻C3放置;与此类同,完成C4.C5.C6的放置.6)在元件库中,单击Cap Pol1元件,安按Place Cap Pol1按钮,按上述相同做法,完成C1.C7的放置.7)在元件库中,单击Inductor元件.再按Place Inductor按钮.按上述相同做法,完成L1的放置.8) 在元件库中,单击D Schottky元件.再按Place D Schottky按钮. 按上述相同做法,完成D1的放置.9)将元件库换为Miscellaneous Connenctors.IntLib元件苦.选择Head 2元件,按Place Head2按钮,按上述相同做法,完成JP1.JP2的放置.(3)制作元件L4978Protel DXP元件库中没有L4978,只能自己做了,这种情况在电子行业中是很常见的,学会自己制作元件是很必要的.1)执行菜单命令[Design]/[Make Project Library].系统建立一个项目专用元件库,将已放置在图面上的元件自动载入该库,文件名为:L4978.SCHLIB.系统自动转到原理图元件编辑器中.2)单击元件编辑器中Add按钮,将新元件名重命名为L4978.3)利用[Place]/[Rectangle]命令绘制一个150mil(W)*80mil(H)的矩形.4)执行菜单命令[Place]/[Pin]放置元件管脚.按Tab编辑管脚属性,如图10—2所示.将管脚序号设为1,名称为Gnd,并按图10—1所示放置1号脚.此时系统仍处于放置管脚状态,序号自动加1,变为2,将名称改为SS,并按图10—1所示位置2号脚.依次完成3.4.5.6.7.8脚的放置.如有不合适的地方,可稍加修整.(4)放置元件L49781)单击面板上Place按钮,将刚完成的元件L4978放置到原理图编辑器,按Tab键修改属性.序号为U1.增加Value属性为L4978,如图10—3所示单击”Models List For*.L4978”中Add按钮添加元件封装.2)在系统弹出的如图10—4所示Add New Model对话框中,选择Footpint选项.3)系统弹出10—5所示PCB Model对话框,在Name框内输入L4978封装号DIP-8.如果对封装毫不熟悉,可按Browse按钮浏览查询.4)按OK按钮,再按OK 按钮,拖动鼠标放置L4978.(5)调整元件调整元件包括元件的属性.位置.方向.图10—6所示为元件布置好后的结果.(6)布线执行菜单命令[Place]/[Wire]进行布线工作.原理图布线工作可与调试元件穿插进行.这一方面和PBC布线差距较大.布线后的结果如图10—1所示.(7)生成网络表首先自己观察原理图有无差错,然后启动Prltel DXP提供的各种校验工具,根据设定规则对绘制的原理图进行检查,并做进一步的调查和修改,保证原理图正确无误,为后续的电路板设计做准备.执行菜单命令[Design]/[Netlisit For Document]/ [Protel].生成网络表。
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开关电源电路的设计及仿真
1基本理论
开关电源的输出电压Vo是由一个控制电压Vc来控制的,即由Vc与锯齿波信号比较,产生PWM波形。
根据锯齿波产生的方式不同,开关电源的控制方式可分为电压型控制和电流型控制。
电压型的锯齿波是由芯片内部产生的,如LM5025,电流型的锯齿波是输出电感的电流转化成电压波形得到的,如UC3843。
对于反激电路,变压器原边绕组的电流就是产生锯齿波的依据。
输出电压Vo与控制电压Vc的比值称为未补偿的开环传递函数Tu,Tu=Vo/Vc。
一般按频率的变化来反映Tu的变化,即Bode图。
电压型控制的电源其Tu是双极点,以非隔离的BUCK为例,形式为:
电流型控制的电源其Tu是单极点,以非隔离的BUCK为例,形式为:
各种电路的未补偿的开环传递函数Tu可以从资料中找到。
本讲座的目的是提供一种直观的环路设计手段。
2 计算机仿真开关电源未补偿的开环传递函数Tu
2.1 开关平均模型
开关电源的各个量经平均处理后,去掉高频开关分量,得到低频(包括直流)的分量。
开关电源的建模、静态工作点、反馈设计、动态分析等都是基于平均模型基础之上的。
若要得到实际的工作波形,应按实际电路进行时域仿真(Time Transient Analysis)。
将开关电路中的开关器件经平均化处理后,就得到开关平均模型,用开关平均模型可以搭建各种电路。
以下是几个开关电源的平均模型仿真例子,从电路波形中看不到开关量,只是平均量,比如电感中流过的电流是实际电感中的电流平均值,电容两端的电压是实际电容两端电压的平均值等等。
2.1.1 CCM BUCK(连续模式BUCK)
先直流扫描Vc,得到所需的输出电压,即得到了电路的静态工作点。
然后交流扫描,得到Tu的Bode 图。
Tu为双极点。
此处Vc等同于占空比d。
2.1.2 DCM BUCK(断续模式BUCK)
按以上方法得到Tu,在DCM下,Tu变成单极点函数。
模型CCM-DCM即可用于连续模式,也可用于断续模式。
此处Vc仍等同于占空比d。
2.1.3 CCM BOOST(连续模式BOOST)
可以用模型搭建各种电路,如连续模式BOOST。
此处采用CCM-DCM模型可能仿真不收敛,为使仿真更好地收敛,建议什么电路模式采用对应模型。
此处Vc也等同于占空比d。
2.1.4 Flyback
n是变压器变比,原边比副边;L是变压器原边电感量。
此处V6等同于d。
2.2 受反馈电压控制的仿真
实际电路中,占空比d的产生主要有两种方法:电压控制和电流控制。
仿真时,电压控制中d的产生
方式如下:
Vc是反馈回路的输出电压,GAIN的放大倍数等于锯齿波幅值的倒数,若锯齿波幅值为Vm,则GAIN=1/Vm。
电流型控制中d的产生方式如下:
同上,Vc是反馈回路的输出电压;IL是用于产生锯齿波的电流信号,例如在BUCK电路中是输出电感电流,在Flyback中是变压器原边电流;V1是使电流上升的电压,V2是使电流下降时的电压;占空比d及d2是输出变量。
至此,我们可以得到控制电压Vc到输出电压Vo的传递函数Tu。
下面是几个仿真Tu的例子。
2.2.1 电压型控制的CCM BUCK
上述几个例子中加入GAIN就变成电压型控制的仿真电路了。
2.2.2 电流型控制的CCM BUCK
电流互感器将输出电感的电流信号变成电压信号IL,产生锯齿波,模型CPM将控制电压Vc与锯齿波比较产生占空比d的PWM波。
MOS开通时,L1中的电流上升,使其电流上升的电压V1是Vg-Vo;Mos 关断时,Vo加在L1上,使其电流下降的低电压V2=Vo。
参数Rs是检流电阻,mva是斜坡补偿的斜率,单位是V/S,L是输出电感,fs是开关频率。
2.2.3 带变压器隔离的电流型BUCK电路
由于电路带变压器,所以平均开关模型也要用带变压器的模型CCM-T(带变压器的电流连续模式的模型)。
参数Rs是原边检流电阻,n是变压器变比(原边:副边),mva是斜坡补偿的斜率,单位是V/S。
2.3 仿真实例
实际电路中,选用不同的控制芯片,控制电压Vc的产生方式是不同的。
以下是几个我们在工作中经常用到的几种控制芯片的仿真实例。
2.3.1 带变压器隔离的电流型CCM(UC3843)
UC3843-1
UC3843自带的运放归为反馈回路,运放输出的电压作为控制电压Vc。
V9芯片内部的两个二极管压降,GAIN的放大倍数等于芯片内的电阻分压。
此电路采用电流互感器采样原边电流,对于如下的采样电路,Rs=R/n,n是电流互感器的匝比(n:1)。
UC3843的斜率补偿,对于下图电路,补偿斜率(V/s)
2.3.2 带隔离和电压前馈的电压型CCM(LM5025)
LM5025-1
V6对应于芯片内部反馈信号的1V压降,R、C为产生锯齿波的参数。
2.3.3准谐振反激电路(UCC28600)
UCC28600
有时候用DC扫描来找静态工作点时,往往不收敛,此时可以预先算出Vc值,然后用偏置点扫描(bias point)来得到静态工作点。
为改善收敛性,可以在关键点加NOTESET或IC,两者的区别是:NOTESET 只是给定某点地初始电压,在偏置点扫描后,该点电压可能会变化;IC是将某点电压固定住,偏置点扫描后保持不变。
上图中Rs是原边检流电阻,eff是电源效率,Ctot是MOS管的DS端电容。
按准谐振反激电路的特点,占空比d、原边电流峰值Ip、开关频率fs都由模型算出,不用给定。
3 补偿网络设计
3.1 基本理论信息来源:
常用的开关电压电源未补偿的开环传递函数Tu可分为单极点和双极点两种,对于单极点一般采用PI(比例积分)补偿,双极点一般采用PID(比例积分微分)补偿。
也可以大致理解为电流型控制的采用PI补偿,电压型控制的采用PID补偿。
PI补偿可以用如下电路实现:
WL=1/(R2C2) Wp=1/(R2C1) Gc=R2/R1 (C2>>C1)
Gc是比例因子;零点WL引入积分,当频率小于WL,增益增加,直流增益提高,意味着稳压精度提高;极点Wp使高频的干扰信号迅速衰减。
需要注意的是上面的等式是在C2>>C1的假设下得到的,实际选择反馈参数时要注意满足这个条件。
PID补偿可以采用如下方式:
若R1>>R3,C2>>C1,有:。