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multisimbuck电路仿真设计.docx
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.
第一章 概述
1.1 直流―直流变换的分类
直流—直流变换器(DC-DC)是一种将直流基础电源转变为其他电压种类的直流变换装置。
目前通信设备的直流基础电源电压规定为 −48V,由于在通信系统中仍存在−24V(通信设备)
及+12V、+5V(集成电路)的工作电源,因此,有必要将−48V 基础电源通过直流—直流变换器
变换到相应电压种类的直流电源,以供实际使用。DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变
的直流电压,也称为直流斩波。主要有
(1)Buck 电路——降压斩波,其输出平均电压小于输入电压,极性相同。
(2)Boost 电路——升压斩波,其输出平均电压大于输入电压,极性相同。
(3)Buck-Boost 电路——降压―升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极
性相反,电感传输。
(4)Cuk 电路——降压或升压斩波,其输出平均电压大于或小于输入电压,极性相反,
电容传输。
此外还有 Sepic、Zeta 电路。
1.2 直流—直流变换器的发展
当今软开关技术的发展使得 DC/DC 发生了质的飞跃,美国 VICOR 公司(美国怀格公司,国际
知名的电源模块生产厂家)设计制造的多种 ECI 软开关 DC/DC 变换器,其最大输出功率有 300W、
600W 、 800W 等,相应的功率密度为 (6.2 、 10 、 17)W/cm3 ,效率为( 80~90 )%。日本
NEMIC—LAMBDA(联美兰达 , 日本的开关电源厂商 .2012 年兰达被 TDK 收购 , 名称也改为
1 / 16
.
TDK-LAMBDA)公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列,其开关频率
为(200~300)kHz,功率密度已达到 27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET 代替肖特基二极管),
使整个电路效率提高到 90%。
第二章降压―升压斩波电路的设计
2.1 基本工作原理
电路原理图如图 2-1 所示,基本工作原理如下:
2 / 16
.
i VD
2
V
i
I
1
L
u
E
u
L
C
R
L
o
a)
i
t
t
1
on
off
I
L
o
t
t
i
2
I
L
o
b)
图 2-1: 降压―升压斩波电路原理图
设电路中电感 L 值很大,电容 C 值也很大。使电感 IL 和电容电压即负载电压 uo 基本为恒
值。
当可控开关 V 处于通态时,电源 E 经 V 向电感 L 供电使其储存能量,此时电流为 i1,方向
如图 2-1a)所示。同时,电容C 维持输出电压基本恒定并向负载 R 供电。此后,使 V 关断,电
感 L 中储存的能量向负载释放,电流为 i2,方向如图 2-1a)所示。
可见,负载电压极性为上正下负,与电源电压极性相反,因此又称为反极性斩波电路。
T
u dt
L
0
0
稳态时,一个周期 T 电感 L 两端电压 ul 对时间积分为零,即
3 / 16
.
当 V 处于通态期间,uL=E;而当 V 处于断态期间,uL=-u0。于是
所以输出电压为
t
t
t
U
E
E
E
on
T t
1
E t U t
o
off
on
on
o
off
改变占空比 α,输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。当 0<α<1/2 时为降
压,当 1/2<α<1 时为升压,因此将该电路称为降压―升压斩波电路。也有的文献直接按英文称
之为 buck-boost 变换器。
图 2-1b)给出了电源电流 i1 和负载电流 i2 的波形,设两者的平均电流分别为 I1和 I2,
当电流脉动足够小时,有
I
I
t
1
2
on
t
off
t
I
off
I
1
¦ I
1
t
由上式可得
on
如果 V 和 VD 为没有损耗的理想开关时,则 EI1=U0I2,其输出功率和输入功率相等,可以
看做直流变压器。
2.2 触发方式
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可以有三种控制方式:
保 持 开 关 周 期 T 不 变 ,调 节 开 关 导 通 时 间 ton,称 为脉 冲 宽 度调制 (Pulse Width
Modulation,PWM ),或脉冲调宽型。
保持开关导通时间 ton 不变,改变开关周期 T,称为频率调制或调频型。
ton 和 T 都可调,使占空比改变,称为混合型。其中第一种方式应用最多。
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