開關(guān)電源的環(huán)路設(shè)計(jì)及仿真

1　基本理論

　　開關(guān)電源的輸出電壓Vo是由一個(gè)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，開關(guān)電源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(shè)備網(wǎng)

　　輸出電壓Vo與控制電壓Vc的比值稱為未補(bǔ)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(shè)備網(wǎng)

　　電壓型控制的電源其Tu是雙極點(diǎn)，以非隔離的BUCK為例，形式為：

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　　電流型控制的電源其Tu是單極點(diǎn)，以非隔離的BUCK為例，形式為：

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　　各種電路的未補(bǔ)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環(huán)路設(shè)計(jì)手段。

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　　2 計(jì)算機(jī)仿真開關(guān)電源未補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　2.1 開關(guān)平均模型

　　開關(guān)電源的各個(gè)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(diǎn)、反饋設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析等都是基于平均模型基礎(chǔ)之上的。若要得到實(shí)際的工作波形，應(yīng)按實(shí)際電路進(jìn)行時(shí)域仿真(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(gè)開關(guān)電源的平均模型仿真例子，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(shí)際電感中的電流平均值，電容兩端的電壓是實(shí)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(diǎn)。然后交流掃描，得到Tu的Bode圖。Tu為雙極點(diǎn)。此處Vc等同于占空比d。 信息請登陸:輸配電設(shè)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(diǎn)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

　　2.1.4 Flyback　　

　　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(shè)備網(wǎng)

　　2.2 受反饋電壓控制的仿真

　　實(shí)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(shí)，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(shí)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(gè)仿真Tu的例子。

　　2.2.1 電壓型控制的CCM BUCK

　　上述幾個(gè)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(shí)，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(shí)，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(bǔ)償?shù)男甭剩瑔挝皇荲/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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