采用SPICE和PSPICE通用电路模拟程序,对开关电源仿真的优点是可以利用通用电路分析程序的特点,直接由电路仿真,不需要列出电路的方程式,只需要按照规定的胳式输人,就可以对开关稳压电源或开关转换器进行仿真,并得到瞬态时域响应或频域特性。但这种仿真方法的缺点是计算效率低、仿真时间长。用SPICE和PSPICE仿真的理论根据是状态空间平均法,当扰动信号的频率比开关频率低很多时,能保证一定的仿真准确度。但更精确的仿真方法是离散时域法。
从本质上来看,开关电源是一个离散的非线性系统,如果利用状态空间列出非线性系统的分段线性方程用计算机求解,可以比较精确地进行分析研究,这就是所谓离散时域仿真法。离散时域法,可以对多环控制系统进行仿真,以达到实现不同的控制规律,快速、准确、高效率地研究电路变化和(或)元器件参数变化时对系统瞬态特性的影晌。可以用来仿真稳态过程(如电压、电流的纹波等)、大信号响应(如启动过程等)及小信号响应(如计算开关电源的特征值、稳定性分析、校验控制电路的设计等)。
离散时域仿真法也有缺点,即这种仿真法得不到解析形式的数学方程,必须完全依靠计算机的数值计算分析,物理概念不清晰。
在应用离散时域法仿真时,应首先建立一个等效的非线性迭代时域模型。其基本方法是:列出系统的分段线性状态方程,而后求状态转移规律,并由此导出非线性差分方程。
用牛顿迭代法可以求出精确的平衡点。当求解非线性差分方程时,需要确定开关的转换时刻,即各个分段线性网络的边界条件。非线性差分方程的时域解就是大信号瞬态响应。
在进行小信号分析时,先要在平衡点附近对开关电源线性化,以便得到线性差分方程,应用z变换可以在Z域内分析小信号特性,如稳定性、瞬态响应等。
现有的仿真算法,快速性和准确性是一大矛盾,常规的定步长积分仿真方法很难用于开关电源,其原因有二:一是运算量大,如为了保证足够的准确度,在一个开关周期内往往要求解几百次微分方程到几千次微分方程,乘法运算次数很大;二是精度低,有限的积分步长将会造成开关电源开关时刻的计算误差(截断误差)较大,这种误差的出现对开关电源的瞬态过程影响很大。若步长太小,不仅计算时间长,而且在状态推移过程中,数值计算也会造成很大的积累误差。
关键字:开关电源 离散 时域法
编辑:探路者 引用地址:开关电源离散时域法仿真
推荐阅读最新更新时间:2023-10-17 15:04
降低开关电源功耗的方法
开关电源的功耗包括由半导体开关、磁性元件和布线等的寄生电阻所产生的固定损耗以及进行开关操作时的开关损耗。对于固定损耗,由于它主要取决于元件自身的特性,因此需要通过元件技术的改进来予以抑制。在磁性元件方面,对于兼顾了集肤效应和邻近导线效应的低损耗绕线方法的研究由来已久。为了降低源自变压器漏感的开关浪涌所引起的开关损耗,人们开发出了具有浪涌能量再生功能的缓冲电路等新型电路技术。以下是提高开关电源效率的电路和系统方法:
(1)ZVS(零电压开关)、ZCS(零电流开关)等利用谐振开关来降低开关损耗的方法。
(2)运用以有源箝位电路为代表的边缘谐振(Edge ResONance)来降低开关损耗。
(3)通过
[电源管理]
开关电源的小信号模型及环路设计
摘要:建立了Buck电路在连续电流模式下的小信号数学模型,并根据稳定性原则分析了电压模式和电流模式控制下的环路设计问题。
关键词:开关电源;小信号模型;电压模式控制;电流模式控制
引言
设计一个具有良好动态和静态性能的开关电源时,控制环路的设计是很重要的一个部分。而环路的设计与主电路的拓扑和参数有极大关系。为了进行稳定性分析,有必要建立开关电源完整的小信号数学模型。在频域模型下,波特图提供了一种简单方便的工程分析方法,可用来进行环路增益的计算和稳定性分析。由于开关电源本质上是一个非线性的控制对象,因此,用解析的办法建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用该模型来解释大范围的扰动(例如启动过程和负载剧烈变化过程)并不完
[应用]
开关电源接线方法
L:接220v交流火线
N:接220v交流零线
FG:接大地
G:直流输出的地
+5v:输出+5V点的端口
ADJ:是在一定范围内调输出电压的,开关电源上输出的额定电压本来出厂时是固定的,也就是标称额定输出电压.设置此电位器可以让用户根据实际使用情况在一个较小的范围内调节输出电压.一般情况下是不需要调整它的。
[电源管理]
详解开关电源的几种常用软启动电路
开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流(如图1所示),特别是大功率开关电源,其输入采用较大容量的滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软起动电路,以保证开关电源正常而可靠的运行。本文介绍了几种常用的软启动电路。 图1 合闸瞬间滤波电容电流波形 (1)采用功率热敏电阻电路 热敏电阻防冲击电流电路如图2所示。它利用热敏电阻的
[电源管理]
新型非隔离负电压DC/DC开关电源的设计
引言
随着电子技术的飞速发展,现代电子测量装置往往需要负电源为其内部的集成电路芯片与传感器供电。如集成运算放大器、电压比较器、霍尔传感器等。
负电源的好坏很大程度上影响电子测量装置运行的性能,严重的话会使测量的数据大大偏离预期。目前,电子测量装置的负电源通常采用抗干扰能力强,效率高的开关电源供电方式。以往的隔离开关电源技术通过变压器实现负电压的输出,但这会增大负电源的体积以及电路的复杂性。而随着越来越多专用集成DC/DC控制芯片的出现,使得电路简单、体积小的非隔离负电压开关电源在电子测量装置中得到了越来越广泛的应用。因此,对非隔离负电压开关电源的研究具有很高的实用价值。
传统的非隔离负电压开
[电源管理]
开关电源原理与设计(连载22)反激式变压器开关电源电路参数计算
1-7-3.反激式变压器开关电源电路参数计算
反激式变压器开关电源电路参数计算基本上与正激式变压器开关电源电路参数计算一样,主要对储能滤波电感、储能滤波电容,以及开关电源变压器的参数进行计算。
1-7-3-1.反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算
前面已经详细分析,储能滤波电容进行充电时,电容两端的电压是按正弦曲线的速率变化,而储能滤波电容进行放电时,电容两端的电压是按指数曲线的速率变化,但由于电容充、放电的曲率都非常小,所以,把图1-19反激式变压器开关电源储能滤波电容两端电压的充、放电波形画成了锯齿波,这也相当于用曲率的平均值来取代曲线的曲率,如图1-26所示。
[电源管理]
TL431在开关电源中的运行原理及其典型应用
本篇文章主要对TL431在 开关电源 当中的应用和电路运行原理进行了介绍,并对典型电路进行了分析,并给出了TL431电路的检测方法。希望大家通过这篇文章能够进一步了解TL431在开关 电源 当中的使用。 在早期的开关电源当中,组成取样的工作主要由三极管和二极管来完成。但是由于它们在参数上差别比较大,会为调试造成一定的阻碍。现如今,随着技术的进步,开关电源逐渐放弃了老旧的三极管和二极管,转而采用三端精密稳压源来进行取样和误差检测。而三端精密稳压源当中的经典,就非TL431莫属了。 在三端精密稳压器内部有温度补偿的高精度并联放大器,其内部基准电压精度非常高,所有产品的典型值均为2.495V,而其误差电压范围允许为2.44~
[电源管理]
单片开关电源的快速设计法(单片开关电源技术讲座之二)
摘要: 单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片。本文阐述其快速设计方法。
关键词: 单片开关电源 快速设计 TOPSwith-Ⅱ
在设计开关电源时,首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片,既能满足要求,又不因选型不当而造成资源的浪费。然而,这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号,即使采用同一种封装的不同型号,其输出功率也各不相同;原因之二是选择芯片时,不仅要知道设计的输出功率PO,还必须预先确定开关电源的效率 η 和芯片的功率损耗PD,而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来,在设计之前它们是未知的。
[应用]