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开关电源电路设计方案及仿真.docx
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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T u,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)
的 T u,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Vc 先直流扫描
Bode 图。Tu为双极点。此处 Vc 等同于占空比 d。
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