电压调度型开关电源设计与仿真

电压调度型开关电源设计与仿真

0可实现动态响应原理由于高性能和高能量密度的优点，开关开关（smps）已越来越受到重视。其中，电压转换开关广泛应用于移动设备和便携式设备。为了提高电池的利用率，延长使用时间，牺牲误差是必要的。为了提高电池的利用率，延长插值电路的焊接结构是固定的。电路中l和c的计算方法有几种。l和c是通用于l的计算方法。对于文献中的详细介绍，很多计算方法都是相似的计算方法，因此不考虑l、c、d、开关管和其他设备的损坏。采用SPICE可以对L、C、D、开关管等器件进行建模,并能通过仿真精确的计算出L和C的最佳数值,从而为提高变换电路的效率提供指导.1基于电流增量的降压Boost变换原理如图1所示.当Tr饱和时,D管反偏截止,vA=0,L上的电压为vA=V1,相应的电流增量当Tr截止时,D管正向导通,vA≈VO,L上的电压为vL≈V1-V0,相应的电流增量当达到稳定时,由此得,,其中占空比d=ton/T.由于0<d<1,因此实现了升压.2变变线检测采用LT公司的LTC3814-5为Boost变换控制芯片.LTC3814-5片内具有1Ω双路N沟道MOSFET栅极驱动器,能够提供大电流以快速驱动大型MOSFET,最大限度的减小变换损耗.LTC3814-5可以用45V到14V的输入电源以97%的高效率变换输出24V/4A中功率电源,可以调节的输出电压高达60V.采用LTC3814-5设计的Boost变换电路如图2所示.在图2中,BG连接场效应管Q1,开关电源的开关信号由此输出.TG连接场效应管Q2,TG的输出信号与BG的输出信号相配合,Q2相当于一个低导通压降的二极管.稳压二极管D2对Q2提供反向过压保护.变换后的电压经C3滤波后输出到负载.电流的主通路是:输入电源V1→电感L1→场效应管Q2→负载Rload.R2和R3构成分压取样电路,取样电压经FB反馈输入后,LTC3814根据反馈电压的大小调整开关信号的占空比,从而实现电压负反馈稳定输出电压.3电路的仿真与分析采LT公司的LTspiceIV是一款优秀的开关电源设计仿真软件,它对LT公司的开关电源控制IC及开关电源设计中常用的开关场效应管、肖特基二极管、电感、电容、电阻等器件已建好了SPICE仿真模型,具有暂态及稳态仿真功能,能方便快速的仿真开关电源电路中的电压电流波形、各器件瞬时功耗波形、各器件的平均功耗及电路效率.本设计采用LT公司的LTspiceIV对电路进行仿真.仿真的条件是:输入12V,输出16V.3.1本电路纹波电压仿真根据Vout=0.8(1-RFB1/RFB2),令RFB1=19Ω、RFB2=1Ω、,则Vout=16V.调节好反馈电阻比值,使输出电压稳定在16V.负载电阻Rload=4Ω时,输出电压及输出电流仿真波形如图3所示.从图3可以看出:输出电压电流在1ms后,达到稳定.当Rload=4Ω(即Rload=4A)和Rload=2Ω(即Rload=8A)时,输出电压纹波分别如图4和图5所示.从图4可知,Rload=4Ω(即Rload=4A)时,输出电压纹波Vrtp≈0.1A.纹波电压比Vrip/Vout=0.1/1.6≈0.625%.从图5可知,当Rload=2Ω(即Rload=8A)时,输出电压纹波Vrtp≈0.2V.Vrip/Vout=0.2/1.6≈1.25%.由此可见,①本电路纹波电压比比较小;②随着输出电流的增大,输出电压的纹波也会增大.3.2负载电流对系统输出电压纹波的影响开关电源通过调节开关控制信号的占空比来调节输出电压电流.当Rload=8Ω(即Rload=2A)和Rload=2Ω(即Rload=8A)时,输出电压纹波分别如图6和图7所示.从仿真波形可以看出,输出负载电流增大时,开关控制信号的占空比会增大.3.3开关负载时多以恒压深度作为节能方法DC-DC开关电源的损耗有:MOSFET晶体管导通电阻和电感电容等效串联电阻的损耗;MOS2FET开关管同时导通损耗和控制芯片工作电流带来的损耗,后者在轻负载时占据比重很大.开关管瞬时功耗如图8所示.在开关电源设计中,一般都需要续流肖特基二极管.但是由于续流肖特基二极管的导通电阻比场效应管的导通电阻略大,因此,在很多场合用高速场效应管替代续流肖特基二极管.本设计中,也采用了高速场效应管替代续流肖特基二极管.场效应管上的瞬时功耗如图9所示,长的“功耗线”为开关管的开关损耗,短的“功耗线”为开关管栅极控制损耗.从图8、图9、图10、图11可以看出,瞬时功耗主要发生在开关处.电感损耗如图10所示,电容损耗如图11所示.3.4电容的大小对电路效率的影响分别改变电感和电容的大小,测量一组与效率的关系数据,分别如表1和表2所示.根据表1和表2的数据可用图形表示,分别用图12和图13所示.由图12和图13对比可知,电容大小对电路效率的影响较大,电感对电路的效率影响较小.因为设计时,应特别注意电容大小的选择.此外,电感、电容的大小对纹波电压的大小也有影响.负载电流与效率的关系如图14所示.由图14可知:脉冲宽度调制(PWM)在大负载下有很好的效率和良好的控制性能,但轻负载时损耗大,则效率低.4开关负载电流的选择是提高电路换采用LTspice能方便快速的仿真开关电源电路中的电压电流波形、各器件瞬时功耗波形、各器件的平均功耗及电路效率.开关电源通过调整开关控制信号的占空比来调节输出的电