仿真技术在开关电源环路设计中的应用.pdf

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1、第24卷第2期混合微电子技术Vo1．24No．22013年6月HybridMicroelectronicsTechnologyJune2013仿真技术在开关电源环路设计中的应用悄勇(中国电子科技集团公司第43研究所，合肥230088)摘要：本文针对单端正激DC／DC变换器，根据峰值电流小信号模型原理，建立了小信号模型，使用Saber仿真平台对控制环路的幅频特性和相频特性进行分析，通过控制环路的补偿参数的选取，优化系统的稳定性和动态特性，最后在实际产品中进行了验证。关键词：仿真技术；环路设计；动态特性中图分类号：TP391．9，TM46文献标识码：A文章编号：AH00—240(2013)02

2、—18—04ApplicationSimulationTechnologyinLoopDesignofSwitchingPowerSupplyHEYong(The43ResearchInstituteofCETC，Hefei230088，China)Abstract：Accordingtothemodelprincipleofpeakcurrentwithsmallsignalforsingle—endedforwardDC／DCconverter，theamplitudefrequencyandphasefrequencycharacteristicsofcontrollooparean

3、alyzedbySabersimulationplatform，thestabilityanddynamiccharacteristicsofsystemareoptimizedbyselectingthecontrolloopcompensationparameters．Finallyitisverifiedbyrealproduct．KeyWords：simulationtechnology，loopdesign，dynamiccharacteristic电气隔离的一种DC／DC变换电路。1引言小信号建模利用数学方法来描述DC／DC变开关电源的控制环路设计，一直是开关电源换器的工作状态

4、把开关电源中的各变量在一个设计的重点和难点。开关电源内部干扰(开关频开关周期内进行平均并将各平均变量表达为直率)和外部干扰(输入电源和负载变化)非常严流分量与交流小信号分量之和提取交流分量并重，控制环路设计目的不仅要求对以上的内部和进行线性化处理，得到非线性系统在直流工作点外部干扰有很强抑制能力，保证静态精度，而且要附近的线性化系统。有良好的动态响应。2环路设计流程开关电源的环路设计通常遵循以下步骤：1)确定环路基本组成模块；2)确定环路的小信号传递函数；图1单端正激拓扑原理图3)设计补偿网络；图2为Ridley提出的电流模式小信号模4)根据实际产品情况，调试外围电路参数。型]，基于此模型

5、对单端正激变换器进行小信号建模：可分别得到系统电压环和电流环输出级对3单端正激变换器的小信号建模控制级的传递函数，图3为电压环功率级传递函单端正激式变换器(图1)是DC／DC变换电数的波特图。路的一种形式，也是中、小功率电源中较为常用的拓扑结构之一，它是在Buck变换器的开关管与续流二极管之间插入高频变压器，实现输入和输出18第24卷第2期何勇：仿真技术在开关电源环路设计中的应用2013年6月1+Gid(f)=舶Vg(式2)由图3可得：系统穿越频率点在42．5kHz处，相位裕度为16．9。；相位裕度较小，需要进行补偿。4控制环路设计及仿真任何闭环系统在增益为单位增益l，且内部随频率变化的相

6、移为360。时，该闭环控制系统都会存在不稳定的可能性。因此几乎所有的开关电源都有一个闭环反馈控制系统，从而能获得较好的性能。稳定的反馈控制环路对开关电源来说是非常重要的，如果没有足够的相位裕度和幅值裕度，电源的动态性能就会很差或者出现输出振荡。开图2峰值电流小信号模型框图关电源控制环路如图4所示，包括功率变换(第+一部分)、脉冲宽度调制(第二部分)和误差放大⋯⋯，，、d(=(第三部分)三个模块。图3系统开环传递函数波特图准则2：为防止一2增益斜率的电路相位快速蟪踌电溺}输入辅出变化，系统的开环增益曲线在穿越频率附近的增益斜率应为一1(一20db／10倍频程)。4．2补偿方式选取输出滤波电感

7、电容引起的系统极点为：fpo-1云2·9×1。根据采样定理，穿越频率()必须小于开关图4开关电源控制环路框图频率的1／2，但实际上穿越频率必须远小于开关4．1环路稳定性准则频率()的1／2，否则在输出中将会有很大的开关根据奈奎斯特稳定性判据，环路稳定当遵循纹波。这里开关频率为300k，我们选择穿越频率以下准则：30KHz(1／10开关频率)。准则l：在穿越频率处，总开环系统要有大于由于fpo