开关电源的原创pspice仿真_

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----交流特性分析
加入交流小信号 严密的数学推导
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2009
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看下Pspice的表现？ ----需要做的仅仅是加入AC信号，设定频率扫描范围
RL 1 20 m 10 uH v a lue={ v (v c )*v ( d)*R /(R+Rc)} Vg DC = 5 AC = 0 G_ 0_1 v a lue={ i(l)*v (d)} vc C 22 0uF 0 Rc {R c} R {R } L 2 E_ 2_0
令： 可以得到：
假设开环增益T趋近于无群大 则-> Vout跟随Vref!!
Gvd(s)是功率级电路的特性，已经选定！ Gc(s)就是我们要设计的补偿电路！！ 开关电源的稳定性判断 1. 相位裕度：闭环系统中增益穿越频率 G(s)=0dB所对应的相位值 2. 相位余量： 在所有增益大于1(0dB)时， 相频特性上最靠近-360°的点 3. 增益裕度： 相位在-360°时所对应的 增益值
电压模闭环控制原理图（开关模型）
L Qp Rf1 Vg (t) Qn C Rf2 R
Slope
Out +
Vc
C(s) R(s) Vref
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系统小信号框图 ----得到系统的闭环传递函数
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一直在频域里面做分析，在时域的特性如何？ ----加入负载瞬态信号 PARAMETERS:
Rc = 50 m R = 20 RL 1 20 m 10 uH
V
L 2
E_ 2_0 v o ut
v a lue={ v (v c )*v ( d)*R /(R+Rc)} Vg G_ 0_1 v a lue={ i(l)*v (d)} 22 0uF TO LER ANC E = 40% 0 vc
输入到输出的交流特性 ---只需把AC量修改到输入电源Vg
100
PARAMETERS:
RL 1 20m 10uH value={v(vc)*v(d)*R/(R+Rc)} Vg DC = 5 AC = 1 G_0_1 value={i( l)*v(d)} vc C 220uF Rc {Rc} R {R} L 2 E_2_0 Rc = 50m R = 20
蒙特卡罗分析 ----显示要分析器件的Tolerance, 设定器件容差 ----如下设定分析条件
100V
10V
1.0V
100mV
10mV 1.0Hz V(vout)
10Hz
100Hz
1.0KHz Frequency
10KHz
100KHz
1.0MHz
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0
0
d Vd DC = 0.5 AC = 0
SEL>> -100 DB(V(E_2_0:+)) 0d
-100d
输入到输出的交流特性
-200d 1.0Hz 10Hz P(V(E_2_0:+)) 100Hz 1.0KHz Frequency 10KHz 100KHz 1.0MHz
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反向推导：
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马上行动补偿我们的电路！！！ ----测量我们的功率电路 PS=-172.6 ----Boost = PM-PS-90=45+172.6-90=127.6
40
0
SEL>> -40 DB(V(R:2)) 0d DB(V(LAPLACE1:OUT))
-100d
-200d 1.0Hz P(V(R:2))
10Hz P(V(LAPLACE1:OUT))
100Hz
1.0KHz Frequency
10KHz
100KHz
1.0MHz
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求解基本的KCL,KVL方程
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在Pspice中就这么简单，搭好电路，用鼠标点击偏置分析 --------所有工作交给PC完成
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Rc 1 {R c}
I_t ran1 R1 {R }
C1 22 0uF
0
VC _SW ITC H pwl 0 0 6ms 0 6 .002m s 2.5 12ms 2.5 12.0 001 ms 0
12.2V
10.0V
7.5V SEL>> V(VOUT) 3.0A V(R1:2)
>1V的瞬变电压 我不接受！！！
在介绍的过程中，如果对Pspice的具体操作有疑惑 我们随时可以切换到Pspice界面进行
3 2009
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----直流稳态工作点分析
TAEC已经从SSA的复杂的数学推导中得以简化 在建立平均等效模型后，电容开路，电感短路，进行直流工作点分析
TypeIII补偿网络 --- PID补偿
传递函数：
波特图：
那补偿时到底 如何放置零极点？
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环路补偿K因子算法在PSpice中的应用
1980年Dean Venalbe提出了k因子的概念。算法的思想是让零极点保持必 要的距离，通过预先设定的交越频率fc，并且在交越频率点得到设定的相 位裕度。 设计目标：带宽 5KHz 相位裕度 >45°
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TAEC 时间平均等效模型的 Spice实现(Boost拓扑)
设计目标：Vin=5V Vout=10V Pmax=30W Fs=500KHz Iripple=0.5A Vripple<0.25
L = 10uH Rl=20mΩ C=220uF Rc=50mΩ
V
U1
G_ Diod e
差的调整率 坏的瞬态响应 What happen?
Vg 1 DC = 5 AC = 1 V1 = 5 V2 = 0 TD = 0 TR = 1n TF = 1n PW = 1 u PE R = 2u V1
RS = 0 .001 BV = 50 N = 0.0 1 IS = 1e -15
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SMPS Pspice百度文库Simulations
拉普拉斯传函验证
RL 1 20m
L 2 10uH
E_2_0
PARAMETERS:
value={v( vc)*v(d)*R/(R+Rc)} Rc {Rc} vc C 220uF
VP VD B
Rc = 50m R = 20
Vg DC = 5 AC = 0 G_0_1 value={i( l)*v(d)}
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TypeII补偿网络参数K因子设定法
假设已经零极点位置，求解相位：
三角运算： 得出：
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PS: Gvd在fc时候对应的相移动： PM: fc时候设定的相位裕度 Boost: 需要提升的相位 Gfc: fc时Gvd增益 G: 补偿网络在fc时增益
----Pspice还可以做的
参数扫描 观察系统与某一个参数的特性 蒙特卡罗分析 是一种统计模拟方法，是在给定电路元器件参数容差的统计分布规律 的情况下，用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列
什么负载下最难补偿？ 电容容差怎么办？
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Rc {R c} R {R }
I_t ran
I
=5 =0
C
pwl 0 0 6ms 0 6 .002m s 2.5 12ms 2.5 12.0 001 ms 0 d Vd DC = 0 .5 AC = 1
10.92V
10.00V
9.00V
SEL>> 7.84V V(VOUT) 3.0A
2.0A
1.0A
R {R}
0
d Vd DC = 0.5 AC = 1 C1 d 1kF
20*(1+s/90909)*(1-s/496753)
1+s/(10681*2.26275)+s*s/10681/10681 R1 1000meg 0
VD B VP
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Switch Mode Power Supply Pspice Simulations-1
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Agenda
TAEC 时间平均等效模型的 PSpice实现(Boost拓扑) 电压模闭环控制分析 环路补偿K因子算法在PSpice中的应用 TypeII 补偿网络 TypeIII补偿网络 Pspice仿真模型，仿真库 构建用于快速仿真的Pspice功能单元 峰值电流闭环控制Pspice模型 通用的SMPS， PSpice仿真模型的推导与比较 准谐振反激转换的Pspice模型 Hspice, Simplis, Power4-5-6, Poweresim
参数扫描 ----只需在原理分析的基础上添加扫描项
40
0
-40 DB(V(R:2)) 0d
-100d
SEL>> -200d 1.0Hz P(V(R:2))
10Hz
100Hz
1.0KHz Frequency
10KHz
100KHz
1.0MHz
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5.96
dB
26.02
dB
输入到输出的传递函 弧度 ESR 零点 Sz1 功率级双极点 ω 0 直接LC 控制到输出的传递函 弧度 ESR 零点 Sz1 功率级双极点 ω 0 右半平面零点 Sz2 7 2009 90909 10681 496753 rds rds rds 频率 14.47 1.70 79.06 KHz KHz KHz 90909 10681 21320 rds rds rds 频率 14.47 1.70 3.39 KHz KHz KHz
PARAMETERS:
Rc = 50 m R = 20
d Vd DC = 0 .5 AC = 1
控制的输出的交流特性分析
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Tea or Coffee! No! 眼睛大可不必离开屏幕 双极点 ESR零点 右半平面零点
我不 相信！
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2.0A
1.0A
0A 6.0ms I(I_tran) 7.0ms 8.0ms 9.0ms 10.0ms Time 11.0ms 12.0ms 13.0ms 14.0ms
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电压模闭环控制分析
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如下是用Excel工具，根据数学公式计算的结果，
Vg(V) 5 RL(Ω) 0.02 L(uH) 10 Rc(Ω) 0.05 直流分析 C(uF) 220 R(Ω) 20 D 0.5 1-D 0.5
输入输出增益 M
Q 实际 Vo 控制输出增益 Kd
1.987
2.262750 9.935 20 交流信号分析
22 2009
+ 0 fcross 0 -90 -180 -270 -360 相位余量 相位裕度 fcross 增益裕度
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TypeII补偿网络 --- PI补偿
传递函数：
波特图：
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0A 6.00ms I(I_tran) 7.00ms 8.00ms 9.00ms 10.00ms Time 11.00ms 12.00ms 13.00ms 14.00ms
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搭建开关电路----Pspcie的时域分期也同样的强大
RL 1 1 20 m 10 uH L1 2 TH RES HOL D = 2 HY STE RES IS = 0.5 OF F_R ESIS T = 1e8 ON _RE SIS T = 1 m U2