單電壓降壓電路仿真設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

簡(jiǎn) 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(guò)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(guò)一個(gè)誤差放大器后獲得開(kāi)關(guān)管的控制電壓。開(kāi)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(kāi)關(guān)管的PWM控制信號(hào)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(hào)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(lái)推導(dǎo)其小信號(hào)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(kāi)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(hào)擾動(dòng)可以求得此穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的小信號(hào)模型為：

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

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

在小信號(hào)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(hào)模型輸出電壓受到輸入電壓、負(fù)載電流以及開(kāi)關(guān)管占空比的小信號(hào)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(jiǎn)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(hào)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(hào)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(cè)電路和電壓感測(cè)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(guò)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：