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開關(guān)電源的環(huán)路設計及仿真

作者: 時間:2010-12-19 來源:網(wǎng)絡 收藏

1 基本理論

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/180080.htm

  的輸出電壓Vo是由一個控制電壓Vc來控制的,即由Vc與鋸齒波信號比較,產(chǎn)生PWM波形。根據(jù)鋸齒波產(chǎn)生的方式不同,的控制方式可分為電壓型控制和電流型控制。電壓型的鋸齒波是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生的,如LM5025,電流型的鋸齒波是輸出電感的電流轉(zhuǎn)化成電壓波形得到的,如UC3843。對于反激電路,變壓器原邊繞組的電流就是產(chǎn)生鋸齒波的依據(jù)。 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

  輸出電壓Vo與控制電壓Vc的比值稱為未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu,Tu=Vo/Vc。一般按頻率的變化來反映Tu的變化,即Bode圖。 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

  電壓型控制的電源其Tu是雙極點,以非隔離的BUCK為例,形式為:

信息來源:http://tede.cn


  電流型控制的電源其Tu是單極點,以非隔離的BUCK為例,形式為:

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  各種電路的未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu可以從資料中找到。本講座的目的是提供一種直觀的手段。

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  2 計算機未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu 信息來自:輸配電設備網(wǎng)

  2.1 開關(guān)平均模型

  開關(guān)電源的各個量經(jīng)平均處理后,去掉高頻開關(guān)分量,得到低頻(包括直流)的分量。開關(guān)電源的建模、靜態(tài)工作點、反饋、動態(tài)分析等都是基于平均模型基礎(chǔ)之上的。若要得到實際的工作波形,應按實際電路進行時域(Time Transient Analysis)。

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  將開關(guān)電路中的開關(guān)器件經(jīng)平均化處理后,就得到開關(guān)平均模型,用開關(guān)平均模型可以搭建各種電路。

  以下是幾個開關(guān)電源的平均模型例子,從電路波形中看不到開關(guān)量,只是平均量,比如電感中流過的電流是實際電感中的電流平均值,電容兩端的電壓是實際電容兩端電壓的平均值等等。

  2.1.1 CCM BUCK(連續(xù)模式BUCK) 

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  先直流掃描Vc,得到所需的輸出電壓,即得到了電路的靜態(tài)工作點。然后交流掃描,得到Tu的Bode圖。Tu為雙極點。此處Vc等同于占空比d。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

  2.1.2 DCM BUCK(斷續(xù)模式BUCK) 

  按以上方法得到Tu,在DCM下,Tu變成單極點函數(shù)。模型CCM-DCM即可用于連續(xù)模式,也可用于斷續(xù)模式。此處Vc仍等同于占空比d。

  2.1.3 CCM BOOST(連續(xù)模式BOOST)

  可以用模型搭建各種電路,如連續(xù)模式BOOST?! ?信息來源:http://tede.cn

  此處采用CCM-DCM模型可能仿真不收斂,為使仿真更好地收斂,建議什么電路模式采用對應模型。此處Vc也等同于占空比d。

  2.1.4 Flyback  

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  n是變壓器變比,原邊比副邊;L是變壓器原邊電感量。此處V6等同于d。 信息請登陸:輸配電設備網(wǎng)

  2.2 受反饋電壓控制的仿真

  實際電路中,占空比d的產(chǎn)生主要有兩種方法:電壓控制和電流控制。仿真時,電壓控制中d的產(chǎn)生方式如下: 信息來源:http://tede.cn

  Vc是反饋回路的輸出電壓,GAIN的放大倍數(shù)等于鋸齒波幅值的倒數(shù),若鋸齒波幅值為Vm,則GAIN=1/Vm。

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  電流型控制中d的產(chǎn)生方式如下:

  同上,Vc是反饋回路的輸出電壓;IL是用于產(chǎn)生鋸齒波的電流信號,例如在BUCK電路中是輸出電感電流,在Flyback中是變壓器原邊電流;V1是使電流上升的電壓,V2是使電流下降時的電壓;占空比d及d2是輸出變量。 信息來源:http://tede.cn

  至此,我們可以得到控制電壓Vc到輸出電壓Vo的傳遞函數(shù)Tu。下面是幾個仿真Tu的例子。

信息來源:http://tede.cn

  2.2.1 電壓型控制的CCM BUCK

 

  上述幾個例子中加入GAIN就變成電壓型控制的仿真電路了。

  2.2.2 電流型控制的CCM BUCK 信息來源:http://tede.cn

  電流互感器將輸出電感的電流信號變成電壓信號IL,產(chǎn)生鋸齒波,模型CPM將控制電壓Vc與鋸齒波比較產(chǎn)生占空比d的PWM波。MOS開通時,L1中的電流上升,使其電流上升的電壓V1是Vg-Vo;Mos關(guān)斷時,Vo加在L1上,使其電流下降的低電壓V2=Vo。參數(shù)Rs是檢流電阻,mva是斜坡補償?shù)男甭?,單位是V/S,L是輸出電感,fs是開關(guān)頻率。

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2.2.3 帶變壓器隔離的電流型BUCK電路 


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