開關(guān)電源控制環(huán)路設(shè)計(jì):數(shù)字與模擬環(huán)路的差別

數(shù)字與模擬環(huán)路的差別

模擬控制的電源-----s域（連續(xù)）

數(shù)字控制的電源-----z域（離散）

數(shù)字控制的電源設(shè)計(jì)方法（直接/間接）

六、相關(guān)儀器和軟件的使用

環(huán)路分析儀-環(huán)路設(shè)計(jì)最給力的助手

Mathcad

簡(jiǎn)介：Mathcad是一種交互式數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)，當(dāng)輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組、矩陣等，計(jì)算機(jī)將直接給出計(jì)算結(jié)果，而無(wú)須去考慮中間計(jì)算過程,就像打草稿一樣簡(jiǎn)單，是一種“所見即所得”的計(jì)算工具。因而MathCad在很多科技領(lǐng)域中承擔(dān)著復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,圖形顯示和文檔處理，是工程技術(shù)人員不可多得的有力工具。

Mathcad有五個(gè)擴(kuò)展庫(kù)，分別是求解與優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析、信號(hào)處理、圖像處理和小波分析。

主要運(yùn)算功能：代數(shù)運(yùn)算、線性代數(shù)、微積分、符號(hào)計(jì)算、2D和3D圖表、動(dòng)畫、函數(shù)、程序編寫、邏輯運(yùn)算、變量與單位的定義和計(jì)算等。

個(gè)人評(píng)價(jià)：Mathcad集編程，計(jì)算，顯示，文檔記錄于一體。非常適合電源開發(fā)計(jì)算應(yīng)用（比如設(shè)計(jì)計(jì)算書等），能顯著提高開發(fā)效率，強(qiáng)烈推薦大家使用！

前面的環(huán)路設(shè)計(jì)實(shí)例就是利用Mathcad完成，整個(gè)環(huán)路設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算交給Mathcad去解決吧！

仿真軟件-saber

簡(jiǎn)介：被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品，現(xiàn)已成為混合信號(hào)、混合技術(shù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，可用于電子、電力電子、機(jī)電一體化、機(jī)械、光電、光學(xué)、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真，這也是SABER的最大特點(diǎn)。SABER作為混合仿真系統(tǒng)，可以兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真，便于在不同層面上分析和解決問題，其他仿真軟件不具備這樣的功能。SABER的仿真真實(shí)性很好，從仿真的電路到實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)，期間參數(shù)基本不用修改。

主要功能：

（1）原理圖輸入和仿真

（2）數(shù)據(jù)可視化和分析

（3）模型庫(kù)

（4）建模

缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜，原理圖仿真常常不收斂導(dǎo)致仿真失敗。很占系統(tǒng)資源，環(huán)路掃頻耗時(shí)太長(zhǎng)（以幾十分鐘計(jì)）

個(gè)人評(píng)價(jià)：很好很強(qiáng)大，但用起來(lái)很郁悶。但不管怎么說，無(wú)愧于電源仿真軟件的No 1

仿真軟件-psim

簡(jiǎn)介：psim是專門用于電力電子及電機(jī)控制領(lǐng)域的專業(yè)化仿真工具。psim具有快速的仿真功能和友好的用戶界面等優(yōu)點(diǎn)。

主要優(yōu)點(diǎn)：psim和其他仿真軟件的最重要的差異是其仿真速度快的特點(diǎn)，環(huán)路掃頻速度快（復(fù)雜點(diǎn)的幾分鐘），原理圖仿真基本都能收斂。設(shè)計(jì)者可完全根據(jù)所掌握的主電路、控制方法等仿真知識(shí)直接進(jìn)行設(shè)計(jì)。

缺點(diǎn)：波形和數(shù)據(jù)的分析能力偏弱，不夠精確和細(xì)致。

個(gè)人評(píng)價(jià)：收斂好，適合原理性的仿真，速度快?；緣蛴谩?/p>

仿真軟件-simplis

簡(jiǎn)介：比SPICE快10到50倍SIMPLIS作為電路仿真軟件，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。和SPICE一樣，可實(shí)現(xiàn)部件級(jí)分析，但其開關(guān)電路

的瞬態(tài)分析速度比SPICE快10到50倍。

獨(dú)一無(wú)二的分析模式就瞬態(tài)分析來(lái)說，SIMPLIS擁有兩個(gè)以上SPICE產(chǎn)品所沒有分析模式。其中之一就是PeriodOpera-ting Point或稱為POP分析。

這種分析方式可以在不需要進(jìn)行電路啟動(dòng)瞬態(tài)仿真情況下，快速確定開關(guān)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。該分析模式的一個(gè)應(yīng)用例子就是對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)負(fù)載瞬態(tài)影響的研究，這只在系統(tǒng)被初始化到穩(wěn)態(tài)下才是有意義的，一般電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要經(jīng)過幾千個(gè)開關(guān)周期。而POP分析只需要幾個(gè)周期就能確定電路平衡狀態(tài)，從而大大縮短了整個(gè)仿真時(shí)間。第二個(gè)獨(dú)特的分析模式就是小信號(hào)AC分析。雖然傳統(tǒng)的模擬仿真器如SPICE也有這種分析模式，但其靜態(tài)分析方法并不適用于開關(guān)電路。SIMPLIS的AC分析模擬真實(shí)硬件電路的掃頻測(cè)量，在不需要獲得平均模型的情況下得到幅頻曲線。

個(gè)人評(píng)價(jià)：仿真速度快。但環(huán)路掃頻的設(shè)置比較復(fù)雜，

波形分析能力太弱，有興趣的可以了解一下。

仿真軟件-matlab

七、經(jīng)驗(yàn)分享

油機(jī)電源

電路特點(diǎn)：該電源為基本的buck拓?fù)?，采?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)的控制方式

應(yīng)對(duì)策略：對(duì)于雙環(huán)嵌套的控制方式，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)，只有在內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)好的情況下才能設(shè)計(jì)外環(huán)。

由于buck拓?fù)渲麟娐返墓β始?jí)電流小信號(hào)模型的傳遞函數(shù)我們已經(jīng)了解的很清楚，所以可以按照前面的方法采用Mathcad或者matlab去設(shè)計(jì)環(huán)路。（實(shí)際上就是數(shù)學(xué)的計(jì)算）

經(jīng)驗(yàn)分享：對(duì)于主電路功率級(jí)小信號(hào)模型（例如buck，boost，flybcak，

半橋，全橋）傳遞函數(shù)已經(jīng)明確的情況下，可以使用Mathcad或者matlab去設(shè)計(jì)環(huán)路。

電力電源

電路特點(diǎn)：該電源為三電平拓?fù)?，采用電流?nèi)環(huán)，電壓外環(huán)的控制方式

應(yīng)對(duì)策略：對(duì)于雙環(huán)嵌套的控制方式，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)，只有在內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)好的情況下才能設(shè)計(jì)外環(huán)。

由于三電平拓?fù)渲麟娐返墓β始?jí)電流小信號(hào)模型的傳遞函數(shù)不是很了解，可以采用仿真軟件（saber，psim等）通過掃頻的方式首先獲得功率級(jí)的傳遞函數(shù)，然后再設(shè)計(jì)環(huán)路。

經(jīng)驗(yàn)分享：對(duì)于主電路功率級(jí)小信號(hào)模型（例如LLC）傳遞函數(shù)不明確的情況下，可以借助仿真軟件去設(shè)計(jì)環(huán)路。

八、小結(jié)

本文的目的：讓初學(xué)者能掌握環(huán)路設(shè)計(jì)的基本概念和流程，灌輸設(shè)計(jì)的理念，因?yàn)楫a(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來(lái)的。由于本文是初級(jí)篇，只講設(shè)計(jì)思路和方法，非常具體的環(huán)路設(shè)計(jì)細(xì)則不在本文所包括的范圍，請(qǐng)參考其他書籍或后期培訓(xùn)交流。

環(huán)路是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜繁瑣的問題，設(shè)計(jì)只是讓初學(xué)者能找到一條途徑，不需要過多的經(jīng)驗(yàn)就能弄出一個(gè)還不錯(cuò)的環(huán)路，避免了初期的盲目嘗試和拼湊。當(dāng)然因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)是停留在理論上的，一定要在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境電路中去驗(yàn)證，調(diào)試，修改，直至滿足電路指標(biāo)要求，避免紙上談兵。

經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員通常只需要通過經(jīng)驗(yàn)和示波器就能調(diào)試出一個(gè)良好的環(huán)路，期待這些同事能分享一下環(huán)路的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，謝謝！