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开关电源的 SPICE 建模和环路稳定性分析

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标签: 开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

DC-DC  开关变换器的建模研究是开关电源设计的基础,对开关电源的设计  及应用有很强的指导和实践意义。传统的开关模型和实际的开关电源之间的电路  存在较大的误差,这是开关变换器建模过程中不可忽视的一个问题。本文对  DC-DC  变换器作了较为深入的研究,对开关变换器的性能提高有很大的帮助。  针对芯片与外围器件之间耦合的问题,本文提出芯片设计应为外围器件的选  型服务,即设计者应根据外围器件的选型,来设计芯片内部的控制环路指标。如  此,外围器件的选型就会有较大的操作空间,不会被局限在成本昂贵的元器件上,  这样就对开关电源成本的降低有很大的帮助。  文中分别使用了原始开关建模方法、SSA(State  Space  Averaging)模型、  PWM(Pulse  Width  Modulation)开关平均模型。其中用原始开关方法进行了纹波、  电感电流、变换器传递函数、EMI(Electro  Magnetic  Interference)滤波器设计的研  究;用  SSA  技术与  PWM  模型法分别进行了大信号、小信号的分析与对比,并  且建立了能从  CCM(Continuous  Conduction  Mode)  与  DCM(Discontinuous  Conduction  Mode)模式之间自由切换的  PWM  开关模型。最后采用  PWM  开关模  型法从时域和频域两个方面进行开关变换器的分析与综合,研究功率级电路的波  特图并设计补偿环路,最终设计出符合预期指标的开关变换器的控制环路。并对  设计之后的开关变换器系统进行频域、时域性能的仿真验证。  最后仿真曲线验证出来的变换器性能与预想的设计指标相符,证明了文中建  模方法的正确性与实用价值。

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