5V开关电源的建模和仿真

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控制电路的原理及参数设置
控制方式为占空比控制方式 , 又可分为电压模
式控制和电流模式控制两大类 , 这里采用电压模式 控制 , 电压模式控制仅有一个电压控制环 。 如 图 J 所示 , 运算放大器 O7PM7 为加法放大器 , 运算放大 器 ;M==N 为方波比较器 。 其控制原理为 , 取样于输 出 电 压 的 反 馈 电 压 9Q 与 给 定 电 压 9H 相 加 输 出
正激 .,j., 变换器具有电路拓扑 简 单 ! 输 入 输出电气隔离 ! 电压升 " 降范围宽 ! 易于多路输出等 优点 ! 因此被广泛应用于中小功率电源变换场合 ’ 复位方法有关 !一般来说!采 取 有 源 钳 位 复 位 方 法 要比其他的复位方法好些 ! 因为它的变压器铁心工 作 在 双 向 对 称 磁 化 状 态 !提 高 了 铁 心 利 用 率 !减 小 了体积和重量! 使得变换器的最大占空比大于
参数的计算 : 计算占空比 : 由 Buck 变换器的占空比计算公式可得 :
>=9349i5'=59349i5 滤波电感 L1 的计算 : ;1=93 (1B9349i5'C42Di3mi5 =93 (1B59349i5C42Di3mi5
滤波电容 C1 的计算 :
(1 )
(2 )
C1=93 (1B9349i5'C4ELD 2#93 =93 (1B59349i5C4ELD 2#93
第 25 卷第 7 期
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的理想变压器并联一个变压器的寄生电感 Lm ), 一 个由两个 MOS 管 M1 、M2 与其并联的Leabharlann Baidu个二极管 , 以及一个钳位电容 Cc 组成的有源钳位电路 。 通过 对正激变换器的工作模式的分析 , 采用等效变换方 法 将 正 激 变 换 器 等 效 为 一 个 基 本 的 Buck 变 换 电 路 , 这样 , 就可以采用基本 Buck 变换器的参数计算 公式来计算正激变换器的参数 。 该正激变换器的工 作模式为 :
比较 电 压 9H 相 加 输 入 就 小 于 2GJ 9 , 再 与 锯 齿 波
根据对正激变换器工作模式的分析 , 可以发现 二极管 >= 的通断与开关管 <2 的通断同步 , 因此可 以将二极管 >= 用一个等效开关管 @1 代替 , 如果可 以忽略 @1 的导通压降 , 则变压器副边绕组的感应 电压为 A9i5'=9i545,5=67 468 ,n 是变压器的匝比 。 用 一 个 大 小 为 Vi5' 的 电 压 源 代 替 变 压 器 副 边
! $%&’() " <2 截 止 ,M1 导 通 , 电 路 的 拓 扑 结 构 如 图 =
(= )
参数设置 : 设占空比 D 为 FGH , 本文的开关电源 系 统 要 求 输 入 为 2I? 9 , 输 出 为 J 9 、1JF K , 开 关 频 率 为 2F kLM , 代 入 公 式 (1 )、 (2 )、 (= ) 可 得 参 数 :
参数计算 : 控制电路采用电压加 法 放 大 器 , 以 及方波比较器 。 需要确定的参数有 R14 、R16 、R17 , 还有输出采样电阻。 根据加法运算器的原理,取
R14=1 kΩ 、R16=1.16 kΩ 、R17=1.5 kΩ 。 取 样 电 阻 R2 、R3 分别为 80 kΩ 、20 kΩ , 取样电压就是 1 V ,
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从输出波形看,输出 纹波及稳定时间都满足 设计要求 。
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结 语
本文首先对有源钳
位正激变换器进行等效 变 换 , 然 后 运 用 BUCK 变 换器参数计算公式计算 出有源钳位正激变换 器的副边参数, 通过
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PWM 控 制 方 式 对 变 换 器 进 行 控 制 , 最 后 运 用 OrCAD Pspice9.2 进行仿真 、 调试 , 得出的结果符合要求 。
9I 比较就产生占空比高于 FGH 的 7KM 波 , 于是主
电路的占空比增大 , 输出电压随着增大 。 从而使得 输出电压保持在 J 9 。
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2006 年 7 月
调节可变电阻 R15 就 可以调节比较电压大 小 ,R15 调为 0.5 kΩ 。
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仿真实验
对5 V 开 关 电 源
第 BY 卷第 A 期
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Bh<= 年 A 月 年7月 2006 iuITB<<=
! " 开关电源的建模和仿真
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&中南大学 信息科学与工程学院轨道交通与电力牵引技术研究所 ! 湖南 长沙 :X<<AYZ
数 ! 并 设 计 了 /(U 控 制 电 路 ! 最 后 ! 运 用 *+,-.
/812&345B 建 立 电 路 图 ! 进 行 仿 真 " 调 试 ! 得 出 了 满
足设计要求的结果 ’
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主电路的拓扑结构及参数设计
本开关电源系统的主电路是有源钳位正激式
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等工艺缺陷也是产生焊接冷裂纹的重要因素 。
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防止产生焊接冷裂纹的措施
防止产生焊接冷裂纹的措施主要有 :
! 选用对冷裂纹不敏感的材料 。 在选用母材时
10～30 kJ/cm 。
’ 防止强力组对 。 在储罐组对过程中选用合适
1GJ～=GJ 9 ( 正常为 2GJ 9 ) 的电压 , 经过运算放大 器 , 再 与 锯 齿 波 9I 比 较 , 产 生 占 空 比 为 FGH 的
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7KM 波来控制主电路 。 如果输出电压大于 J 9 , 则 取样电压与 给 定 比 较 电 压 9H 相 加 输 入 就 大 于 2GJ 9 , 再 与 锯 齿 波 9I 比 较 就 产 生 占 空 比 低 于 FGH 的 7KM 波 , 于是主电路的占空比降低 , 输出电压随着 降 低 ; 如 果 输 出 电 压 小 于 J 9, 则 取 样 电 压 与 给 定
’ () 文 章 通 过 分 析 有 源 钳 位 正 激 变 换 器 的 工 作 模 式 ! 将 有 源 钳 位 正 激 变 换 器 等 效 为 一 个 Bu#$ 变 换 器 ! 运 用 %u&$ 变 换 器 的 参 数 计 算 公 式 计 算 有 源 钳 位 正 激 变 换 器 的 副 边 参 数 ! 然 后 设 计 了 ’() 控 制 电 路 及 参 数 ! 最 后 运 用 *+,-. /012&3456 进 行 仿 真 " 调 试 ! 得 出 的 结 果 证 实 了 设 计 是 正 确 的 # *+,) 有 源 钳 位 $ 正 激 变 换 器 $ /(7 $ /812&3 -./01) 97: 234567 2891) ;<<=>?4@A : B<<=;<A><<:<><@
! M2 导 通 ,M1 截 止 , 相 应 的 拓 扑 结 构 如 图 2
绕组 , 可以将正激变换器的输出边等效为一个基本 的 Buck 变换器 。 等效电路如图 ? 所示 。
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所示 。 iprim =i3 45 ,n 为变压器的匝数比 ,5=67 468 。 由 于变压器源边接电源 9i5 , 所以感应电流 i m 以 常 斜 率增加 ,iM2 =iprim :im 。 此时 ,;1 储存能量 。
变换器 ’ 正激变换器的性能主要与变压器所采取的
图 ; 是有源钳位正激变换器的主电路拓扑结
<=>?7B<<=><:><@ @ABC7!"# $ X4?X % ZP & P ’()*+,-./01,23/ 0456789:;<=
构 ! 是在基本的 Su&$ 变换器基础上多了一个隔离 变压器 9m; & 变压器的模型 是 一 个 匝 比 为 Hn‘ / o‘ 0
Abstract:9C+DuEC FC3 GHGIJ020 DK FC3 D13+GF2HE LDM3 DK FC3 G&F2N3>&IGL13M KD+OG+M &DHN3+F3+P 2F0 3Qu2NGI3HF &DuIM R3 G Su&$ &DHN3+F3+T 9C3 1G+GL3F3+0 DK FC3 G&F2N3>&IGL13M KD+OG+M &DHN3+F3+ 0CDuIM R3 DRFG2H3M RJ u02HE FC3 KD+LuIG DK FC3 1G+GL3F3+0 DK FC3 %u&$ &DHN3+F3+P FC3H FC3 /(U &DHF+DI &2+&u2F GHM 2F0 1G+GL3F3+0 20 M302EH3MP *+V-W /012&34TB 20 u03M KD+ 02LuIGF2DH GHM M3RuEE2HEP FC3 K2HGI +30uIF0 &DHK2+L FC3 M302EH 20 +2ECFT Keywords%G&F2N3>&IGL13M$KD+OG+M &DHN3+F3+ $/(U $/812&3
#$%&’()* +)% ,(-.’+/($) $0 $)& !",1(/23&% 4$1&5 ,.44’6 ,6,/&[\] ^3>I2H![\ 72HE>JGHE
! !"#$$%&$’&()’$*+,-.$)&!"./)"/&,)0&1)2.)//*.)2&3)4-.-5-/&$’&6,.%7,89:*,’’."&,)0&1%/"-*." :*,"-.$)&:/"#)$%$28;&</)-*,%&!$5-#&=).>/*4.-8;9<#,)24#,;9?5),)9@ABBCD;<#.),E
所示 。 由于反向钳位电压 9Cc 的作用 ,im 减小 , 从而 起到复位作用 。 如果 Cc 足够大的话 ,9Cc 可以看作 常量 , 此时 im 就以常斜率减小 。 电感 ;1 中产生的感 应电势使续流二极管 >? 导通 , 电感中储存的能量 通过二极管 >? 向负载释放 。
5==IGNIO 取 5==HG1 , 输 出 电 压 纹 波 要 求 在 FG1 9O 故 i*min=2NG=N PO1G2E uL ,=GII mQ 。
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第 25 卷第 7 期
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! 其它因素 。 焊接过程中产生的咬边 、 未焊透
缝热影响区容易出现淬硬组织 , 再加上扩散氢的作 用 ,焊 缝 容 易 产 生 冷 裂 纹 ;若 线 能 量 过 大 又 会 使 焊 缝热影响区的软化区宽度增加 , 使焊缝缺口的韧性 降低 , 储罐整体的机械性能下降 。 如 16 MnR 立 焊 位 和 仰 焊 位 线 能 量 一 般 为 20 ～50 kJ/cm , 横 焊 位
Y<l ! 功 率 开 关 承 受 电 压 应 力 较 低 ! 正 激 变 换 器 效
率也比采取其他复位方法要高 ’ 由于很大的最大占 空比 ! 变压器的匝数比可以降低从而减少源边的导 通损耗并允许选择具有低额定击穿值的副边整流 器 ! 因此使得正向压降更低 ’
Su&$ 变 换 器 的 参 数 计 算 公 式 计 算 出 主 电 路 的 参
进行仿真实验 。 首先 , 建立电路原理图,如
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图 6 所示, 然后输入 各元件参数, 再进行 仿真实验和电路调试 。 仿真实验的目的主要在于参 数 确 定 和 测 试 ,因 此 ,为 方 便 起 见 ,可 暂 不 考 虑 保 护电路的作用 。 调整后的参数值如图 6 所示 。 进行瞬态 分 析 , 仿 真 时 间 取 5 ms , 仿 真 输 出 波 形如图 7 所示 。
/812&3 作为电路级的 k.- 程序 ! 不仅可以对具 体
的电路或者器件进行仿真! 还提供了对整个系统 &包 括 控 制 电 路 "功 率 主 电 路 (的 分 析 设 计 的 平 台 ’ 本 文 采 用 U2&+D82L 公 司 的 /812&345B 对 开 关 电 源 系统进行仿真分析 ’ 本文对 一 个 Y e "XY< ( 的 开 关 电 源 系 统 进 行 建模和仿真 ’ 通过将其主电路 & 采用有源钳位正激 式 变 换 器 ( 等 效 变 换 成 基 本 的 Su&$ 变 换 器 ! 用