《電子技術(shù)應(yīng)用》
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開關(guān)電源的環(huán)路設(shè)計及仿真
摘要： 1基本理論開關(guān)電源的輸出電壓Vo是由一個控制電壓Vc來控制的,，即由Vc與鋸齒波信號比較，產(chǎn)生PWM波形,。根據(jù)鋸齒波產(chǎn)生的方式不同,，開關(guān)電源的控制方式可分為電壓型控制和電流型控制,。電壓型的鋸齒波是由芯片內(nèi)部
Abstract：
Key words :

1　基本理論

　　開關(guān)電源的輸出電壓Vo是由一個控制電壓Vc來控制的，即由Vc與鋸齒波信號比較,，產(chǎn)生PWM波形,。根據(jù)鋸齒波產(chǎn)生的方式不同，開關(guān)電源的控制方式可分為電壓型控制和電流型控制,。電壓型的鋸齒波是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生的,，如LM5025，電流型的鋸齒波是輸出電感的電流轉(zhuǎn)化成電壓波形得到的,，如UC3843,。對于反激電路，變壓器原邊繞組的電流就是產(chǎn)生鋸齒波的依據(jù),。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　輸出電壓Vo與控制電壓Vc的比值稱為未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu,，Tu=Vo/Vc。一般按頻率的變化來反映Tu的變化,，即Bode圖,。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　電壓型控制的電源其Tu是雙極點，以非隔離的BUCK為例,，形式為：

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　　電流型控制的電源其Tu是單極點,，以非隔離的BUCK為例，形式為：

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　　各種電路的未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu可以從資料中找到,。本講座的目的是提供一種直觀的環(huán)路設(shè)計手段,。

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　　2 計算機仿真開關(guān)電源未補償?shù)拈_環(huán)傳遞函數(shù)Tu 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　2.1 開關(guān)平均模型

 
 

　　由于電路帶變壓器，所以平均開關(guān)模型也要用帶變壓器的模型CCM-T(帶變壓器的電流連續(xù)模式的模型),。參數(shù)Rs是原邊檢流電阻,，n是變壓器變比(原邊:副邊)，mva是斜坡補償?shù)男甭?，單位是V/S,。

　　2.3 仿真實例 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　實際電路中,，選用不同的控制芯片，控制電壓Vc的產(chǎn)生方式是不同的,。以下是幾個我們在工作中經(jīng)常用到的幾種控制芯片的仿真實例,。

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　　2.3.1 帶變壓器隔離的電流型CCM(UC3843)

　

　　UC3843-1

　　UC3843自帶的運放歸為反饋回路，運放輸出的電壓作為控制電壓Vc,。V9芯片內(nèi)部的兩個二極管壓降,，GAIN的放大倍數(shù)等于芯片內(nèi)的電阻分壓。

 

 

　　此電路采用電流互感器采樣原邊電流,，對于如下的采樣電路,，Rs=R/n，n是電流互感器的匝比(n:1),?！?信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　UC3843的斜率補償，對于下圖電路,，補償斜率 (V/s)　

　　2.3.2 帶隔離和電壓前饋的電壓型CCM(LM5025)

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　　若R1>>R3,，C2>>C1，有：

 
 

　　3.2.3 帶前饋的電壓型隔離BUCK(LM5025)

　　輸入48V,，輸出3.3V/40A，LM5025控制器,，開關(guān)頻率fs=280kHz,，下圖是實際電路參數(shù)，可以看出測試結(jié)果與仿真結(jié)果很相似,，表示所建的仿真模型準確度是可以信賴的!　

　　LM5025-2　　

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　　下面對此電路按上面的方法重新設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò),。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　首先，將補償網(wǎng)絡(luò)移出,，畫出從光藕輸入到Vo的未補償傳遞函數(shù)Tu,。C8、C9,、C6,、R12不要，R6及Vr1是芯片內(nèi)部參數(shù),，需保留,。　

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　　從仿真結(jié)果可以看出,，Tu的直流增益很小,，只有-0.44dB。原因是光藕的電阻R5接到了輸出Vo,，從而降低了Vo對Vc的增益,。若將R5接到一個固定電平VCC上，則整個增益增加了，Tu的直流增益增加到25.6dB!以此為基礎(chǔ)進行補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,。由于是電壓型控制,，所以采用PID補償。由于本電源的開關(guān)頻率很高,，達fs=280kHz,，若沒有光藕隔離限制，補償后的交越頻率可取fc=0.2*fs=56kHz,，但由于光藕的帶寬只有10kHz左右,，且光藕引入的相位滯后在5kHz 以后急劇增加，所以為了得到盡可能大的帶寬,，首先應(yīng)對光藕進行適當(dāng)補償以拓展其帶寬,。此處在光藕的輸出加入RC零點。設(shè)補償后的交越頻率為fc=20kHz,，Tu在fc處的增益dbGc=-8.67dB,，希望在fc處得到60°的相位補償，設(shè)置極點fp2=180kHz以抑制高頻干擾,，R1=100k//56k=35.9k,，計算得到補償網(wǎng)絡(luò)如下：

　

　　補償后帶寬20kHz，相位裕度30°,。仿真得到的相位裕度往往小于預(yù)期的值,，這是由于補償網(wǎng)絡(luò)的運放及未完全補償?shù)墓馀涸斐傻摹?/p>

 

 
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