关于高压开关电源仿真技术的设计
基于PSpice的升压型开关稳压电源设计和仿真
基于PSpice的升压型开关稳压电源设计与仿真20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。
在半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代由传统技术设计制造的连续工作的线性电源，并广泛用于电子、电气设备中。
20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代。
20世纪90年代，开关电源在电子、电气设备以及家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。
Cadence旗下的PSpice是一款电路仿真软件，能够对复杂的模数混合电路进行仿真，而且开关电源也不例外。
1升压变换器拓扑结构升压变换器属于间接能量传输变换器。
供电过程包含能量的存储和释放两方面。
如图1所示，Vclock是脉冲信号源，提供PWM电压，用以功率开关S1的导通与截止。
Rsense为电流取样电阻，Resr为电容的等效串联电阻。
在开关S1导通期间，二极管D1截止，电感储存能量，输出电容单独为负载提供电能。
在开关S1断开期间，二极管D1导通，储存了能量的电感与输入电源串联，为输出提供电能，其中一部分转移到电容C1里。
1.1工作于CCM条件下的升压变换器波形对图1所示电路，借助PSpice进行仿真，获得如图2所示的波形图。
这是典型的电感电流连续导通模式（CCM）。
图1基础升压变压器结构电路图2工作于CCM条件下的Boost变换器波形曲线①代表PWM波形，用于触发功率开关导通或断开。
当开关S1导通时，公共点SW/D电压几乎降到0.相反，当开关S1断开时，公共点SW/D电压增加为输出电压和二极管的正向压降之和，如曲线②所示。
曲线③描述了电感两端电压的变化。
高电平期间，电感左侧电压为Vin,右侧几乎为0,对应功率开关导通；而低电平期间，电感左侧电压仍为Vin,而右侧突变为Vout,因为功率开关截止，同时二极管导通，此时对应电感电压为负值，这就意味着输出电压大于输入电压。
基于multisim开关电源的仿真设计
2.课题的来源及现状
2.1课题来源
本课题来源于科研，随着电力电子技术的发展，开关电源的研发越 来越被人们重视，在技术方面也有了更为深入的发展，这就要求我们及 时、准确地把握开关电源的相关知识和发展动向。
= 10A*(1-5V/10V”(100KHZ*30mV) =1667uF
故选取4个470 uF并联。
对输出和输入滤波电容主要关心的是流过这些电容的纹波电流。在这种
情况下纹波电流与电感上电流的交流分量是相同的。
7.闭环控制电路设计
功率开关损耗：(55.56W-50W)*0.5=2.78W
续流二极管损耗：(55.56W-50W)*0.5=2.78W
3•输入平均电流
输入平均电流：55.56W/10V =5.56A
估计峰值电流：10A*(100%+10%)=11A
4•滤波电感的设计(参数扫描法)
设计滤波电感应根据输出电压、输出电流和开关频率，并应首先选 定允许的电感电流最大纹波值。然后计算设计工作电感：
滤波电路设计（滤波电感设计和滤波电容的确定），开关器件及二极管的 设计，控制电路的设计等等。具体设计路线如下：
1•技术指标
输入电压：DC +10V
输出电压：DC +5V
最大输出电流：10A
输出电压纹波峰峰值：+30mV
输出精度：1%
2•“黑箱”预先估计
输出功率：5V*10A=50W(max)
输入功率：Pout/Nest= 50W/0.90=55.56W
4.设计方案及技术路线5
开关电源的设计与仿真
开关电源的设计与仿真第⼀章绪论1.1 开关电源的基本概念开关电源⼴泛⽤于⽣活、⽣产、科研、军事等各个领域。
彩⾊电视机、VCD 播放机等家⽤电器、医⽤X光机、CT机，各种计算机设备，⼯业⽤的电解、电镀、充电、焊接、激光等装置，以及飞机、卫星、导弹、舰船中，都⼤量采⽤了开关电源。
开关电源是利⽤现代电⼒电⼦技术，控制开关管开通和关断的时间⽐率，维持稳定输出电压的⼀种电源，开关电源⼀般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相⽐，⼆者的成本都随着输出功率的增加⽽增长，但⼆者增长速率各异。
线性电源成本在某⼀输出功率点上，反⽽⾼于开关电源，这⼀点称为成本反转点。
随着电⼒电⼦技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这⼀成本反转点⽇益向低输出电⼒端移动，这为开关电源提供了⼴阔的发展空间。
开关电源⾼频化是其发展的⽅向，⾼频化使开关电源⼩型化，并使开关电源进⼊更⼴泛的应⽤领域，特别是在⾼新技术领域的应⽤，推动了⾼新技术产品的⼩型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应⽤在节约能源、节约资源及保护环境⽅⾯都具有重要的意义。
顾名思义，开关电源的核⼼为电⼒电⼦开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利⽤反馈控制电路，采⽤占空⽐控制⽅法，对开关电路进⾏控制。
开关电源的这⼀技术特点使其同其他形式的电源，如采⽤调整管的线性电源和采⽤晶闸管的相控电源相⽐具有明显的优点。
1.2 开关电源的发展及⽅向开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程，由于开关电源具有功率转换效率⾼、稳压范围宽、功率密度⽐⼤、重量轻等优点，从⽽取代了相控电源，成为通信电源的主体，并向着⾼频⼩型化、⾼效率、⾼可靠性的⽅向发展。
计算机控制、计算机通信和计算机⽹络技术的快速发展，为通信电源监控系统的发展和完善提供了外部条件，使其发展逐步实现少⼈值守，直⾄⽆⼈值守。
1.3 开关电源的分类开关电源有多种分类。
CAE仿真技术在高低压开关设计中的应用
CAE仿真技术在高低压开关设计中的应用简介✓脱扣系统的电磁特性分析✓触头系统的电磁特性分析✓灭弧室的电磁特性分析高低压开关中的电磁特性决定了开关的响应，效率和能耗特性。
ANSYS Multiphysics软件可以帮助用户分析零部件的磁通量、磁导率、电磁力等电磁特性，为产品优化提供依据和指导。
✓开关设备重要部件的散热分析✓组合型开关柜的散热分析开关设备都有电流通过，比如断路器等元件有瞬间大电流出现，是较大的热源，合理地设计散热结构有助于提高产品性能和使用寿命，同时各种开关元件以开关柜的形式出现，多种开关元件组装在一个柜体，形成具备控制、测量、信号、保护、调节等功能的组合型设备，包括电气元件、机械构件、电子设备等，热管理成为开关柜设计的重要方面。
高低压开关的灭弧问题高低压开关的散热问题高低压开关的电磁特性问题高低压开关结构复杂，机构运动精度要求高，涉及电磁、温度和力等载荷，在研发过程中需要考虑电磁场问题、机构运动问题、散热问题、多场耦合问题、结构强度和疲劳问题等。
现代CAE技术实现了对高低压开关静态和动态特性的仿真，为高低压开关产品的优化和设计提供了理论验证和方向指导。
下文是CAE仿真技术在解决高低压开关研发过程中部分常见工程问题的简要介绍：✓开关设备吹气室分析✓开关设备灭弧过程分析高低压开关中的灭弧室设计非常关键，直接关系到开关设备的性能。
ANSYS CFD可以模拟气吹式断路器气吹机构内流动情况，灭火室内吹弧过程等，为开关设备性能优化提供依据。
✓执行机构闭合、断开过程分析✓执行机构关键位置载荷变化✓闭合过程弹跳特性分析高低压开关的机构的运动特性绝对了开关能否开与关的功能。
ANSYS Rigid Dynamics软件能够进行机构的运动学分析，有助于全面了解机构的运动特征，响应情况和状态变化，从而达到机构的优化设计。
✓高低压开关机构运动时各零部件的强度、刚度分析✓电磁力作用下各零部件的强度、刚度分析✓开关插拔力分析✓高低压开关装配应力分析各零部件强度和刚度问题是高低压开关最基本的性能。
开关电源的设计与仿真
开关电源的设计与仿真开关电源是一种常用的电源设计方案，它能够将输入电压转换成稳定的输出电压，并具有高效率、小体积和轻负载能力强等特点。
下面将介绍开关电源的设计原理和仿真方法。
首先，选择合适的拓扑结构对于开关电源的设计至关重要。
常见的拓扑结构有：Boost、Buck、Buck-Boost、Cuk等。
不同的拓扑结构适用于不同的输入输出电压范围和应用场景。
例如，Buck拓扑适用于输出电压小于输入电压的场合，Boost拓扑适用于输出电压大于输入电压的场合，Buck-Boost拓扑适用于输出电压可大可小的场合。
其次，控制策略对于开关电源的性能也起到了至关重要的作用。
常见的控制策略有：固定频率PWM（脉宽调制）控制、变频PWM控制和电流模式控制等。
不同的控制策略对于输出电压的稳定性、负载能力和效率等方面的影响不同。
因此，在设计开关电源时需要根据具体的要求选择合适的控制策略。
电路仿真是对开关电源的基本电路进行模拟和分析。
在电路仿真中，可以使用专业的电路仿真软件如SPICE进行建模和仿真。
通过调整参数和信号输入，可以模拟不同负载、不同工况下开关电源的工作情况，并获取电路的输出特性、电压波形等信息。
这样可以及时发现设计缺陷和改进方向。
系统仿真是对整个开关电源系统进行建模和仿真。
开关电源系统包括开关电源核心电路、控制电路以及反馈电路等。
系统仿真能够模拟复杂的工作环境和系统交互，并综合考虑开关电源的输入输出特性、稳定性和效率等。
通过系统仿真，可以评估和优化整个开关电源系统的性能。
综上所述，开关电源的设计与仿真是一个相互依赖、相辅相成的过程。
设计者需要根据实际需求选择合适的拓扑结构和控制策略，并进行电路仿真和系统仿真来验证设计方案的正确性和性能指标。
通过不断的调整和优化，最终可以得到稳定高效的开关电源设计方案。
大功率开关电源硬件电路设计及仿真
大功率开关电源硬件电路设计及仿真摘要开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
通过了解、比较电压控制型和电流控制型PWM控制芯片的控制模式，针对宽输入，多路输出的设计要求，设计出了基于电流控制型PWM控制芯片UC3846、UC3842的两级变换器的组合式开关电源。
第一级采用buck变换，二级采用半桥推挽式变换器。
并对buck变换器进行建模，在MATLAB上进行仿真验证。
关键词：电流脉宽调制；降压式；推挽式；多路输出HP Switching Power Supply circuit design and simulationAbstractSwitching power supply is the use of modern power electronic technology, opening of control switch transistor turn-off time and the ratio of the output voltage to maintain a stable power supply .High-frequency switching power supply is the direction of its development, high-frequency switching power of miniaturization, and switching power supply to enter a wider range of application areas, especially in the high-tech fields, and promote the miniaturization of high-tech products, light of.Based on topology and control a variety of technical maturity, electrical performance, as well as comparative indicators of cost, through the understanding, comparison and current-controlled voltage-controlled PWM control mode to control chip for wide-input, multi-channel output of the design requirements designed based on the current-controlled PWM control chip UC3846, UC3842 levels of the modular converter switching power supply. Buck the introduction of the first transformation, the use of two push-pull half-bridge converter. The buck converter small-signal modeling, carried out in the MATLAB simulation.Key word：Current PWM；Buck ；Push-pull ；Multi-output目录摘要...................................................... ..I Abstract ................................................... I I 主要符号表................................................ i ii 1 绪论.. (1)1.1 前言 (1)1.2国内外电源技术发展概况 (1)1.3 选题背景 (2)1.4 本课题要求及主要研究内容..................................... .. 22 系统的整体方案分析选择 (4)2.1 组合式开关电源的结构 (4)2.2 组合式开关电源的原理分析 (4)2.2.1 斩波器电路 (5)2.2.2 推挽式变换器电路 (6)3电源主电路设计 (7)3.1 buck变换器 (7)3.1.1 buck工作原理 (8)3.2 推挽式变换器 (10)3.2.1 主从输出推挽拓扑的原理 (10)3.2.2 推挽式变换器存在的问题及解决方法 (11)3.3输出整流滤波电路设计 (15)4.控制电路和保护电路的设计 (17)4.1控制电路方案比较选择 (17)4.2 控制电路设计 (21)4.2.1 buck控制电路设计 (21)4.2.2 推挽式控制电路设计 (25)4.3保护电路设计 (28)4.4缓冲电路设计 (30)4.5 自举电路设计 (31)5.系统的建模与仿真 (33)5.1 MATLAB简介 (33)5.2系统的建模 (33)5.3系统的仿真及结果分析 (33)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)毕业设计（论文）知识产权声明 (45)毕业设计（论文）独创性声明 (46)附录 (47)主要符号表Buck 降压式EMC 电磁兼容EMI 电磁干扰CMC 平均电流模式ESR 等效电阻Ton 开关处于开通时间Toff 开关处于关断时间B 磁通密度C 电容D 占空比fs 开关频率KT 变压器变比I电感电流直流平均、交流有效值LR负载电阻LN 绕组匝数Vin 输入电压P 功率C缓冲电容STs 开关周期Ui 输入电压Uo 输出电压L 电感1 绪论1 绪论1.1 前言电力电子学是综合应用电工理论、电子技术及控制理论等，利用电力电子(功率半导体)器件控制或变换电能，以达到合理而高效率地使用能源。
开关电源中Saber仿真设计实例
经常在论坛上看到变压器设计求助，包括：计算公式，优化方法，变压器损耗，变压器饱和，多大的变压器合适啊？其实，只要我们学会了用Saber这个软件，上述问题多半能够获得相当满意的解决。
一、 Saber在变压器辅助设计中的优势：1、由于Saber相当适合仿真电源，因此对电源中的变压器营造的工作环境相当真实，变压器不是孤立地被防真，而是与整个电源主电路的联合运行防真。
主要功率级指标是相当接近真实的，细节也可以被充分体现。
2、Saber的磁性材料是建立在物理模型基础之上的，能够比较真实的反映材料在复杂电气环境中的表现，从而可以使我们得到诸如气隙的精确开度、抗饱和安全余量、磁损这样一些用平常手段很难获得的宝贵设计参数。
3、作为一种高性能通用仿真软件，Saber并不只是针对个别电路才奏效，实际上，电力电子领域所有电路拓扑中的变压器、电感元件，我们都可以把他们置于真实电路的仿真环境中来求解。
从而放弃大部分繁杂的计算工作量，极大地加快设计进程，并获得比手工计算更加合理的设计参数。
4、由于变压器是置于真实电路的仿真环境中求解的，所有与变压器有关的电路和器件均能够被联合仿真，对变压器的仿真实际上成了对主电路的仿真，从而不仅能够获得变压器的设计参数，还同时获得整个电路的运行参数以及主要器件的最佳设计参数。
二、 Saber 中的变压器我们用得上的 Saber 中的变压器是这些：（实际上是我只会用这些 ）分别是：xfrl 线性变压器模型，2~6绕组xfrnl 非线性变压器模型，2~6绕组单绕组的就是电感模型： 也分线性和非线性2种线性变压器参数设置（以2绕组为例）：其中：lp 初级电感量ls 次级电感量np、ns 初级、次级匝数，只是显示用，不是真参数，可以不设置rp、rs 初级、次级绕组直流电阻值，默认为0，实际应该是该绕组导线的实测或者计算电阻值，在没有得到准确数据前，建议至少设置一个非0值，比如1p（1微微欧姆）k 偶合（互感）系数，建议开始设置为1，需要考虑漏感影响时再设置为低于1的值。
基于multisim开关电源的仿真设计
KC017-1
２006 届毕业设计开题报告
题目基于ｍｕltisim开关电源的仿真设计
专业电气工程及其自动化
姓名周大伟
班级0 2 电三
指导教师许泽刚
起止日期06．3．19－06.3.2
２0０6年03 月31日
也就可以尽快解决。
减少投资，加快开发速度,大大减少了设计所需的时间。
３.2工作内容
（1）了解Buｃk变换器的设计方法;
（2）熟悉Mｕltiｓｉm仿真软件;
（3）进行方案比较,确定简便、可行的方案。
（4）绘制ＢUＣK主电路和控制电路,并完成闭环参数的设计;
（5）采用参数扫描法设计滤波电感；
（6）采用Multisim仿真软件进行仿真设计;
（7）撰写毕业论文，准备答辩;
4.设计方案及其技术路线
4．1BUＣK变换器设计
此设计分为BＵCK主电路和闭环控制电路两部分的设计,且采用M ｕｌtisim仿真软件进行仿真设计。
本开关电源设计采用Buck(降压）电路，Ｂuck 变换器是最基本的PWM变换器主电路拓扑之一。
图1是ＢU ＣK变换器电路。
图1降压(Buck)变换器电路
主要的设计步骤为：主电路选型(Buck电路）,“黑箱”计算,输出滤
注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写,经导师签署意见及系部审核后生效。
开关电源电路设计方案及仿真
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Tu，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Tu2.1 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)先直流扫描Vc，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Tu的Bode图。
Tu为双极点。
此处Vc等同于占空比d。
2.1.2 DCM BUCK(断续模式BUCK)按以上方法得到Tu，在DCM下，Tu变成单极点函数。
模型CCM-DCM即可用于连续模式，也可用于断续模式。
新型大功率开关电源的研究与仿真
论文题目：新型大功率开关电源的研究与仿真摘要大功率开关在工业生产和人们的日常生活中应用已经极为广泛，尤其在一些特殊行业和领域使用范围更加的广阔。
线性电源的技术被广泛应用于大功率开关电源方面,这种结构设计的缺点就是整体的性能不高，工作效率低，面积大等。
开关电源技术发展到今天，已经有了很大的进步和突破,开关电源技术在直流电领域使用更多一些。
开关电源的各种优点和高性能已经在电源行业奠定了不可动摇的地位。
开关电源技术应用于大功率电源领域,使大功率电源变得体积小,重量轻,效率高,性能更好。
本文对大功率开关的结构设计，需要的各种数据以及电路控制和其工作的原理进行了详细的分析，确定了电源的初步方案；然后使用仿真软件对电路的运行情况进行了仿真测试，在此基础上，针对该电路的缺点，对电源变换器的结构进行了改进和完善；最后，对电源电路进行了安装和调试，试制了一台样机，对样机进行了实验，并对样机的实验结果和电路的仿真结果进行了比较分析。
论文类型：应用研究关键词：移相控制；电压开关；仿真目录1 绪论 (1)1.1选题背景 (1)I1.2 国内外电源技术发展概况 (1)2 系统的方案 (3)2.1 组合式开关电源的结构 (3)2.2 组合式开关电源的原理 (3)2.2.1 斩波器电路 (3)3 电源主电路设计 (5)3.1 buck变换器 (5)3.1.1 buck工作原理 (5)3.1.2 buck变换器的参数计算 (6)3.1.3 功率变压器主要参数设计 (7)3.2 输出整流滤波电路设计 (9)4 控制电路和保护电路的设计 (11)4.1 控制电路方案比较选择 (11)4.2 控制电路设计 (14)4.2.1 buck控制电路设计 (14)4.2.2 推挽式控制电路设计 (14)4.3 驱动电路设计 (15)4.4 保护电路设计 (16)4.4.1 输入过压保护 (16)4.4.2 欠压保护 (17)4.5 缓冲电路设计 (18)5 系统的建模与仿真 (19)5.1 MATLAB简介 (19)5.2 系统的建模 (19)5.2.1 变换器传递函数推导 (19)5.2.2 PWM环节 (20)5.2.3 调节器 (20)5.3 系统的仿真及结果分析 (20)5.3.1 PWM的设计 (20)I I5.4 系统的建模 (22)结论 (27)致谢 (29)参考文献 (31)III1 绪论1.1选题背景随着电子技术的高速发展，电子系统、电子设备的种类愈加丰富多样，人们和这些设备和系统之间的关键也日益紧密。
高压电源的设计与仿真
直流高压电源的设计
• 变压器等效模型 • 倍压整流电路Biblioteka • 工作原理简述 • 仿真、观察波形
变压器的等效模型（1）
变压器的等效模型（2）
简化后的等效模型：
倍压整流电路一
倍压整流电路二
倍压整流电路三
倍压整流电路计算公式
• 对于电路一： • 电压跌落：Δ U=(4N3+3N2+2N)I/6fC • 输出电压：U=2N*Up-Δ U • 输出电压纹波：N(N+1)I/4fC • 对于电路三： • 电压跌落：Δ U=(2N3+3N2+4N)I/12fC • 输出电压：U=2N*Up-Δ U • 输出电压纹波：N*I/4fC • 其中，N是倍压的阶数
60KV/8mA电源电路原理框图
高压发生部分电路
倍压整流部分作如下转换
高压发生部分电路变换为如下
一种串联谐振并联负载的谐振 变换器
• 如果Cs的容量和Cp相当，则成为一种 LCC谐振变换器。
• 在此处，我们采用了Cs容量远大于Cp的 方案，所以这是一种串联谐振并联负载的 LC谐振变换器PLSRC。
dt Cs vs(t) Uin
iL(t6) 0
高压发生电路仿真
输出电压波形
MOS管的工作波形
谐振回路的电流波形
倍压整流中二极管的电流波形
谐振电流的分配
本电路的优缺点
• 本电路成功地利用了变压器分布电容和漏 感作为谐振元件，实现了ZVS软开关的 高频高压变换。
• 由于变压器分布电容的充放电，变压器存 在较大的环流，特别是轻载时的转换效率 不高。
• 注意，和传统的PLSRC存在一些不同， 此电路的整流输出没有电感。而采用的是 容性滤波器。
关于高压开关电源仿真技术的设计
关于高压开关电源仿真技术的设计关于高压开关电源仿真技术的设计摘要：传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波而得。
这类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大，使设备变得非常笨重。
随着电力电子器件和相关应用技术的发展，以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好的特点，正逐步取代传统电源的位置，成为电源行业的主流形式。
本文应用MATLAB对一种要求输出电压大范围连续可调的高压开关电源进行了建模与仿真。
系统结构采用复合结构，满足了输出电压大范围连续可调，输出纹波小的要求，由仿真结果可知系统结构合理，方案正确。
关键词: 高压开关电源 MATLAB在当今的军事、工业生产、日常生活等领域，高压直流电源有着广泛的应用，尤其在医学方面高压直流电源经常用于X光机、CT等大型设备。
一、设计任务及仿真软件在开关电源的设计过程中，计算机仿真是重要的手段和工具。
应用仿真手段可以检验设计的系统是否满足性能要求，并且可以减少很多电路的实验工作。
与电路实验相比，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全面、更完整地进行，以希望改进设计质量。
半桥式变换器是中等功率的开关电源常用的结构形式，它具有变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题，开关元件较少，成本低等优点。
本次设计主变换器采用半桥结构，系统的性能指标为：输入电源：AC220V±22V；输出： DC5～30KV，5～30mA；输出电压稳定度不大于0.1%；输出电压纹波不大于0.1%此次设计采用MATLAB作为仿真研究工具。
MATLAB是广泛应用于控制及相关各领域的功能非常强大的仿真软件，应用其中的simulink可以非常直观、系统地对电力电子装置进行仿真。
二、仿真系统构成开关电源的仿真首先要解决PWM发生器的问题，这里应用直流电平与三角波进行比较的方法构建了PWM发生器由于主变换器结构采用半桥式，所以PWM发生器输出应为互补的双路，并且要有一定的死区，以防止上下桥臂的功率管直通。
基于PI控制方式的10A开关电源Psim仿真研究毕业设计论文word格式
题目：基于PI控制方式的10A开关电源Psim仿真研究班级：姓名：学号：时间：2009年12月20日现代仪器电源课程综合论文一绪论Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Buck族，现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路二实验目的：(1)了解Buck变换器基本结构及工作原理；(2) 掌握电路器件选择和参数的计算；(3) 学会使用pism仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真。
(4) 学会使用pism仿真软件对控制环节的仿真技术。
(5)学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度三实验要求：输入直流电压(V IN)：15V；输出电压(V O)：5V；输出电流(I N)：10A；输出电压纹波(V rr)：50mV；基准电压(V ref)：；开关频率(f s)：100kHz。
四主电路功率的设计（1）buck 电路图4-1-1：buck 电路 图4-1-1rr rrC L N0.2V V R i I ==∆=25mohm c*Rc 的乘积趋于常数50~80uF ，我使用75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25mohm ，C =3000μF 。
开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如下式所示：IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=∆O L D L OFF /V V V L i T ++=∆Ton+Toff=1/fs设二极管的通态压降V D =，电感中的电阻压降V L =，开关管导通压降V ON =。
经计算得 L=。
（2）用psim 软件参数扫描法计算：当L=10uH 时，输出电压和电流和输出电压纹波4-2-1如图4-2-1当L=时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-1图4-2-1当L=30uH时，输出电压和电流和输出电压纹波如图4-2-3图4-2-3我用psim 的作参数扫描，显然有图可得，当L=20uH 时，输出电流I=10A ，输出电压为U=5v 。
高频高压开关电源的设计和仿真
Cp 为折算到初级的变压器次级等效杂散电容。 由图 2 可知 LC
串联谐振电路不能开路， LC 并联谐振电路不能短路，而 LCC 串并联谐振电路则不存在这些问题。它具备了两者的优点： 输 出电压可以高于或低于输入电压； 负载变化范围宽。串并联谐 振电路为移相全桥逆变电路提供了 零 电 压 开 通 条 件 ， 实 现 了 高频开关电源的软开关技术， 降低了开关损耗。可见串并联谐 振变换器是本系统的理想选择[2-5]。
获得最大电压。图 4 为主电路谐振回路的等效电路图， Rr、 L1、
Cpr 为 高 频变 压 器 折 合到 低 压 侧 的 等 效 电 阻 、 等效漏抗、 等效
电容， Csr 为 变 压 器原 边 的 等 效 电 容 ， C1、 R1 为 电 除 尘 负 载 的 等 效电容和等效电阻。 负载和 Cpr 的等效阻抗为：
灭 火 花 并 快速 恢 复 电 场 能量
， 并 且 我们可 以 把 变 压 器 中 一
些有害的漏电感和寄生电容整合到 LC 参数中去， 形成正弦波 从而可以提高电源的转换效率。PWM 硬开关技术对瞬间短路 过流的抑制能力较差， 且开关损耗大， 不能 很 好 地 适 应 电 除 尘 器工况的特殊要求。因此， 我们选择具有软开关的变换器。 图 2 中 Cr 为谐振电容， Lr 为等效 变 压 器 漏 感 ， RL 为 负 载 ，
u=
各次谐波阻抗：
图2
谐振变换器软开关的原理图
1 Z = R + j kω L − , k=1,3,5……. (4) ω k C
则谐振电流：
图 3 中一个开关周期中有 L1、 Csr 两个元件和 L1、 Csr、 Cpr 三 个元件分段谐振，使电路具有串联 谐 振变 换 器 和 并联 谐 振变
开关电源电路的分析和仿真研究
开关电源电路的分析和仿真研究开关电源是一种将输入电压变换为特定输出电压的电子电路。
它由开关器件、能量存储元件和控制电路组成。
开关电源具有高效率、小体积、适应性强等特点，已广泛应用于各种电子设备和系统中。
对于开关电源的分析和仿真研究，主要可以从以下几个方面展开：1.电路拓扑结构的选择：开关电源有多种拓扑结构，例如单端、双端和反激式等。
选择合适的拓扑结构将对电路的性能和可靠性产生重要影响。
在分析和仿真研究中，可以比较不同拓扑结构的优缺点，选择最适合特定应用需求的拓扑结构。
2.开关器件的选型与参数设计：开关器件是开关电源的核心元件，常见的有晶体管、MOSFET和IGBT 等。
在分析和仿真研究中，可以通过比较不同开关器件的特性和参数，选取性能优良、适用于设计要求的开关器件，并进行关键参数的设计与优化。
3.能量存储元件的选择与设计：能量存储元件主要包括电感和电容，用于存储和传输能量。
在分析和仿真研究中，可以通过合理选择和设计能量存储元件，实现输出电压的稳定性、纹波和转换效率的优化。
4.控制电路的设计与仿真：开关电源的控制电路主要包括开关驱动、反馈控制和保护电路等。
在分析和仿真研究中，可以通过合理设计控制电路，实现开关器件的合理驱动和输出电压的精确控制，并保证电路的安全可靠性。
对于开关电源的分析和仿真研究，可以使用专业的电路仿真软件，如Matlab/Simulink、PSPICE等进行建模和仿真。
通过调整电路参数、拓扑结构和控制策略等，可以对开关电源的性能进行全面评估和优化，并提出具体的改进方案。
总之，开关电源的分析和仿真研究是设计和优化开关电源的重要步骤，可以通过合理的电路设计和仿真分析，实现开关电源的性能优化和应用需求的满足。
《开关电源仿真设计》课件
由MathWorks公司开发，适用于多种领域的系统仿真，包括电 力电子、控制系统等。
专门针对电力电子系统的仿真软，具有强大的元件库和模型 库。
由Mentor Graphics公司开发，适用于电子系统的仿真，具有 广泛的元件库和模型库。
由National Instruments公司开发，适用于电子电路的仿真， 具有直观的用户界面和丰富的元件库。
05
开关电源仿真设计常见问题与解决方
案
仿真结果不准确的原因与解决方法
01
仿真模型建立不准 确
确保电路模型参数准确，元件参 数和实际电路一致，考虑寄生参 数和耦合效应。
02
仿真算法选择不当
根据电路特性和精度要求选择合 适的仿真算法，如时域仿真、频 域仿真等。
03
初始条件设置不合 理
为电路元件设置合理的初始条件 ，以避免仿真结果出现不稳定或 错误。
提高仿真效率的方法与技巧
使用合适的仿真算法
选择高效、精确的仿真算法，如快速傅里叶 变换、有限元法等。
优化电路模型
简化电路模型，去除不必要的元件和连接， 减少仿真计算量。
合理设置仿真参数
调整仿真时间步长、收敛精度等参数，以提 高仿真速度和准确性。
常见电路模型建立问题与解决方法
1 2
元件模型不准确
查找元件的准确模型，或根据实际测试数据建立 元件模型。
重复仿真
在优化设计后，重复仿真过程，直至达到满 意的设计效果。
记录和整理
将每次仿真的结果进行记录和整理，以便后 续的总结和归纳。
04
开关电源仿真设计案例分析
案例一：Boost电路仿真设计
总结词
Boost电路是一种常用的开关电源拓扑结 构，通过改变开关管的占空比来调节输 出电压。
第7章 开关电源仿真设计
零、极点配置，建立一个状态空间平均电路模型。
SPICE和IsSPICE仿真程序
SPICE是一种通用集成电路计算机分析程序，可用 其对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态时域分 析和交流小信号时域和频域分析等。 SPICE应用了一组电路模型方程，基本分析工具是 牛顿—拉夫逊迭代法。 SPICE、IsSpice的仿真结果以数据文件形式表示， 可以将它输入其他软件如MATLAB等，以便进一步 对电路性能进行评估和寻优。
MATLAB在开关电源仿真中的应用
（1）运用MATLAB强大的计算功能求解开关电源 变换器方程式。 （2）运用MATLAB频域分析的工具研究电源变换 器系统的控制性能。 （3）运用MATLAB的SIMULINK、ToolBox工具仿 真电源转换器系统。
开环降压式变换SIMULINK仿真
降压式变换器的电路原理图
IsSPICE的组成及功能特点
1、电路图输入软件SPICENet 2、IsSPICE仿真软件的模型库 3、数／模混合开关电源电路仿真软件IsSPICE4 4、IsSPICE仿真软件的波形处理与分析软件
IntuScope 5、IsSPICE仿真软件的符号编辑器Symbol
Editor 6、IsSPlCE仿真软件的文字编辑软件IsEd
2、变量：使得技术指标或者经济指标达到最优的参 数值。
3、约束：求最优参数时要满足各项性能或结构工艺 要求，即为求目标函数极值时所加的约束。
目标和约束是开关电源最优化设计变量的线性或非线 性函数，一般情况下，工程优化问题中是非线性问题。 因此，在数学上，开关电源的优化设计问题归结为求 解有线性或者非线性约束的非线性多变量（目标）函 数的极值问题。
高压开关板的仿真与优化设计研究
高压开关板的仿真与优化设计研究高压开关板是电力系统中的重要设备，用于控制和保护电力传输和配电系统。
在电力系统运行过程中，高压开关板承担着分断高压电路和保护电力设备的重要责任。
因此，对高压开关板进行仿真与优化设计研究，可以提升其可靠性、效率和安全性，进一步提高电力系统的运行效率和稳定性。
一、高压开关板仿真研究1.仿真软件的选择对于高压开关板的仿真研究，需要选择适合的仿真软件。
常用的仿真软件有ANSYS、Simulink、PSCAD等。
根据研究的需求和仿真的精度要求，选择相应的仿真软件进行研究。
2.开关板的电磁仿真高压开关板主要用于断开高压电路，因此其电磁特性是研究的重点之一。
通过电磁仿真，可以分析电磁场在开关板中的分布情况，判断其在断开高压电路时是否会产生过高的电压或电流，以及是否会引起电弧等问题。
同时可以对开关板的结构和材料进行优化设计，以提升其电磁性能。
3.开关板的热仿真高压开关板在运行过程中会产生大量的热量，如果不能有效地散热，会导致开关板温升过高而损坏设备。
因此，对开关板的热仿真研究非常重要。
通过热仿真，可以模拟开关板在不同工况下的温度分布，分析热量的产生和传导方式，进而优化开关板的散热设计，提升其热性能。
4.开关板的机械仿真高压开关板在断电状态下需要承受高电压的力学冲击，因此，对其机械性能进行仿真研究也是必要的。
通过机械仿真，可以分析开关板的应力分布和变形情况，判断其在工作状态下是否具备足够的机械强度和刚度。
根据仿真结果，可以对开关板的结构进行优化设计，提升其机械性能和稳定性。
二、高压开关板优化设计研究1.材料选择与结构优化在高压开关板的设计中，材料的选择和结构的优化对其性能具有重要影响。
首先，需要选择合适的导电材料和绝缘材料，以确保开关板的电性能和绝缘性能。
其次，通过优化结构设计，可以降低开关板的质量和体积，提高其强度和刚度，从而提升整体性能。
2.电气性能优化高压开关板在断开高压电路时需要具备良好的电气性能，如断电速度、电弧控制和电弧灭除等。
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关于高压开关电源仿真技术的设计
发表时间：2010-06-11T08:45:19.483Z 来源：《赤子》2009年第22期供稿作者：孙承博[导读] 传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波而得。
哈尔滨第二电业局孙承博
论文摘要：传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波而得。
这类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大，使设备变得非常笨重。
随着电力电子器件和相关应用技术的发展，以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果好的特点，正逐步取代传统电源的位置，成为电源行业的主流形式。
本文应用MATLAB对一种要求输出电压大范围连续可调的高压开关电源进行了建模与仿真。
系统结构采用复合结构，满足了输出电压大范围连续可调，输出纹波小的要求，由仿真结果可知系统结构合理，方案正确。
关键词: 高压开关电源 MATLAB
在当今的军事、工业生产、日常生活等领域，高压直流电源有着广泛的应用，尤其在医学方面高压直流电源经常用于X光机、CT等大型设备。
一、设计任务及仿真软件
在开关电源的设计过程中，计算机仿真是重要的手段和工具。
应用仿真手段可以检验设计的系统是否满足性能要求，并且可以减少很多电路的实验工作。
与电路实验相比，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全面、更完整地进行，以希望改进设计质量。
半桥式变换器是中等功率的开关电源常用的结构形式，它具有变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题，开关元件较少，成本低等优点。
本次设计主变换器采用半桥结构，系统的性能指标为：
输入电源：AC220V±22V；
输出： DC5～30KV，5～30mA；
输出电压稳定度不大于0.1%；
输出电压纹波不大于0.1%
此次设计采用MATLAB作为仿真研究工具。
MATLAB是广泛应用于控制及相关各领域的功能非常强大的仿真软件，应用其中的simulink 可以非常直观、系统地对电力电子装置进行仿真。
二、仿真系统构成
开关电源的仿真首先要解决PWM发生器的问题，这里应用直流电平与三角波进行比较的方法构建了PWM发生器由于主变换器结构采用半桥式，所以PWM发生器输出应为互补的双路，并且要有一定的死区，以防止上下桥臂的功率管直通。
同时为了保证输出电压的纹波不太大，PWM的占空比又不能太小，这里选用固定占空比0.35。
为了满足电源输出电压的大范围连续可调，同时保证输出纹波不增加，在主电路的直流母线上加入PWM调压电路，并由电源输出端引回电压反馈，形成闭环控制，闭环控制器采用工程中经常使用的PI调解器。
调压电路的PWM发生电路，与半桥电路的PWM发生器相似，主要区别在于，半桥电路的PWM发生器为双路输出，调压电路的PWM发生电路为单路输出。
高压电源的输出部分采用高压高频变压器结合倍压整流电路组成，这种结构是高压电源的常用结构，与实际应用情况一致。
其中变压器原边的半桥采用两只IGBT串联，变压器副边采用两只二极管串联，结合滤波电容构成倍压整流电路。
三、仿真波形
系统运行后观察各点波形。
半桥变换器中两只IGBT的驱动信号波形。
看出信号占空比与设计值相同，死区明显，信号符合IGBT驱动的要求。
高压变压器原边所示波形与IGBT工作过程相一致。
输出电压30KV，电流分别为30mA和5mA时输出电压波形，由波形可以看出，系统响应速度较快，幅值满足30KV±30V的要求，电压纹波小于0.1%，满足系统性能指标要求。
输出电压5KV，电流分别为30mA和5mA时，输出电压波形。
由波形可以看出，各项指标满足系统要求。
由仿真过程和波形可知，系统结构设计合理，可以满足系统要求。
参考文献
[1] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]机械工业出版社，2206，1
[2] 高增辉.单端反激式高频高压开关电源的数字仿真研究[J].西南民族学院学报，1998。