單電壓降壓電路仿真設(shè)計(jì)簡述

簡 述 ：****

采用電壓控制模式的降壓式變換器的電路框架如圖所示。其中輸出電壓經(jīng)過一個(gè)增益模塊與低通濾波器后與參考輸出電壓進(jìn)行比較，將誤差量經(jīng)過一個(gè)誤差放大器后獲得開關(guān)管的控制電壓。開關(guān)管的控制電壓與定頻的周期三角波進(jìn)行比較獲得開關(guān)管的PWM控制信號從而使得輸入電壓與輸出負(fù)載發(fā)生變化的時(shí)候輸出電壓能夠維持不變。

小信號模型：

采用PWM控制的降壓式轉(zhuǎn)換器可以利用狀態(tài)平均法來推導(dǎo)其小信號模型，作為其電壓回路誤差放大器的設(shè)計(jì)依據(jù)。

在CCM下，降壓式轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管以及二極管的狀態(tài)平均電路如圖所示。

將輸入電流與輸出電壓利用狀態(tài)平均方程可知：

在工作點(diǎn)處增加一個(gè)小信號擾動(dòng)可以求得此穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的小信號模型為：

根據(jù)上式，忽略其中兩個(gè)小信號量相乘的項(xiàng)，可以得到該電路的小信號方程式如下：

根據(jù)上兩式可以得到開關(guān)管及二極管的小信號模型等效電路圖：

在小信號等效電路圖中增加一個(gè)LC濾波器可得：

降壓式變換器在CCM工作模式下的小信號模型輸出電壓受到輸入電壓、負(fù)載電流以及開關(guān)管占空比的小信號擾動(dòng)。為了獲得占空比到輸出電壓的傳遞函數(shù)可以令另外兩個(gè)影響量等于0,，因此電路圖可以簡化為如下所示：

根據(jù)上圖可以得到傳遞函數(shù)為：

其中，

同理，也可以獲得輸出阻抗的傳遞函數(shù)如下：

其等效電路圖如下：

輸入輸出傳遞函數(shù)如下：

其等效電路圖如下：

回路增益誤差放大器設(shè)計(jì)：

根據(jù)小信號模型可知，電壓控制模式的控制回路流程圖如下：

由上圖可知，電路閉環(huán)的增益為：

傳統(tǒng)的誤差放大器是根據(jù)上式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其中T的bode圖如下：

基于小信號擾動(dòng)建模的實(shí)際電路的電壓控制模式具體流程圖如下：

其中兩個(gè)濾波器的作用分別是用于代表電壓感測電路和電壓感測元件本身的頻寬。本次采用matlab進(jìn)行設(shè)計(jì)。

仿真結(jié)果如下：

根據(jù)以上仿真結(jié)果與電路參數(shù)整理可得：

控制器參數(shù)：

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

總 結(jié)：

除了電壓環(huán)控制外，仿真電路還增加了定電流模式，當(dāng)負(fù)載電流超過5A的時(shí)候電源將會(huì)進(jìn)入CC模式限制負(fù)載電流最高工作在5A，由于此時(shí)負(fù)載電阻為3Ω，則輸出電壓為15V。

仿真效果圖：