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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

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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