DCDC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的建模仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果文獻(xiàn)綜述

《DCDC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的建模仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果文獻(xiàn)綜述》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《DCDC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的建模仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果文獻(xiàn)綜述（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 浙江大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文文獻(xiàn)翻譯 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 直流電機(jī)負(fù)載下的開關(guān)電源控制問題研究 翻譯題目 Modeling, Simulation and Experimental Results of a Switching Power Supply With Dc-Dc Converter DC-DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的建模，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 學(xué) 院 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 姓 名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 DC-DC轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的建模，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Adriana Fl

2、orescu, Alexandru Vasile, Constantin Radoi, Andrei Drumea, Dumitru Stanciu. Politehnica University of Bucharest, Romania. 摘要 本文介紹了一種帶有單片集成開關(guān)調(diào)整控制電路的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)電源。本文以簡化的數(shù)學(xué)模型開始詳細(xì)描述了DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，接著一般性地描述了MC34063和μA78S40運(yùn)行方式，然后描述了由開關(guān)調(diào)整控制電路控制的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的邊緣傳導(dǎo)模式，整個(gè)開關(guān)電源的PSpice仿真，一個(gè)數(shù)例，最后以實(shí)際的應(yīng)用結(jié)束

3、。 得出了開關(guān)電源效率的結(jié)論包括一些實(shí)際應(yīng)用方面的問題。 1. 緒論 本文介紹了一種基于MC34063和μA78S40的單片集成開關(guān)調(diào)整子系統(tǒng)的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。 DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換使得電源的輸出電壓V比輸入電壓V小，相等或者大，但是和輸入電壓的極性相比，輸出電壓的極性沒有顛倒(例如Buck-Boost轉(zhuǎn)換)。 在現(xiàn)代的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，開關(guān)調(diào)整器的作用比線性調(diào)整器更顯著，因?yàn)樵谛卵b置中，和輸入電壓相比，尺寸的減少要求輸出電壓有更高的轉(zhuǎn)換效率和更強(qiáng)的適應(yīng)性。另外，單片集成開關(guān)電源在高效率的實(shí)現(xiàn)上比那些簡單的開關(guān)電源有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文論述了DC-DC升/

4、降壓轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)原理，并一般性的描述了開關(guān)調(diào)整器子系統(tǒng)。 整個(gè)開關(guān)電源的PSpice仿真，一個(gè)數(shù)例，和實(shí)際的應(yīng)用，也包括了一些實(shí)際應(yīng)用的問題和最終的結(jié)論。 2. 基本原理和升/降壓轉(zhuǎn)換的簡化數(shù)學(xué)理論 圖1代表了降壓(Buck)轉(zhuǎn)換器和升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器結(jié)合在一起的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)。它靠一個(gè)簡單的電感器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。 圖1 DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)圖 2.1 DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的基本原理 當(dāng)晶體管Q和Q處于“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí)，電能儲(chǔ)存在電感L(圖1)中。變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電能轉(zhuǎn)換到輸出濾波電容中和導(dǎo)通正向偏壓二極管D和D。注意，在導(dǎo)通時(shí)間(t)內(nèi)這個(gè)

5、電路和基本的升壓電路是一樣的，但是在關(guān)斷時(shí)間(t)內(nèi)，輸出電壓只是來自電感，并且是相對(duì)于地而不是輸入電壓(V)。這使得輸出電壓可以是任何值，可以比輸入小，相等，或者大。 在基本的升壓電路中不能有電流約束保護(hù)。如果輸出嚴(yán)重地過壓或者欠壓，當(dāng)它們從輸入到輸出形成一個(gè)直接通路時(shí)，電感器L或二極管D可能會(huì)被毀壞。這種升/降壓結(jié)構(gòu)允許控制電路有電流約束，因?yàn)楝F(xiàn)在和降壓電路一樣，晶體管Q和輸出是串聯(lián)的。 2.2 升/降壓轉(zhuǎn)換的簡化數(shù)學(xué)原理 DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的單一化數(shù)學(xué)原理涉及到的符號(hào)有：V-輸入電壓，V-輸出電壓，t-輸出開關(guān)晶體管Q和Q的導(dǎo)通時(shí)間，t- Q和Q的關(guān)斷時(shí)間，T = t+ t-

6、Q和Q的總的開關(guān)周期，D= t/T-開關(guān)晶體管Q和Q的工作時(shí)間占周期的比率，L-輸出濾波電感，i-電感電流，I-電感電流i的紋波，I-紋波電流的最大值，I-紋波電流的最小值，C-輸出濾波電容，V-輸出電壓V的紋波，N= V/ V-轉(zhuǎn)換的變壓比。 假設(shè)圖1中開關(guān)晶體管Q和Q，偏壓二極管D和D都能理想地開關(guān)，輸出濾波電容C無窮大可以使輸出電壓V保持為常數(shù)，電感L中的電流是線性的，轉(zhuǎn)換器工作在正確連續(xù)的傳導(dǎo)模式，開關(guān)晶體管Q和Q導(dǎo)通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的基爾霍夫方程為： 導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，Q和Q導(dǎo)通，D和D關(guān)斷： (1)

7、 關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，Q和Q關(guān)斷，D和D導(dǎo)通： (2) 由以上(1)式和(2)式可得出轉(zhuǎn)換器的變壓比N的方程： (3) 方程(3)表明升/降壓轉(zhuǎn)換中沒有改變極性的輸出電壓可以高于，相等或小于輸入電壓。 基本的簡化方程(1),(2)和(3)不能用于

8、轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，因?yàn)楦鶕?jù)電感電流的紋波電流不能確定電感系數(shù)L，根據(jù)指定的輸出電壓紋波也不能確定輸出濾波電容C，因?yàn)槲覀兗僭O(shè)當(dāng)V=0時(shí)，理想的。 3．開關(guān)調(diào)整控制電路MC34063和μA78S40的概述及功能描述 MC34063芯片(圖2.a)是一個(gè)包括DC-DC轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)要求的所有動(dòng)態(tài)功能的單片集成控制電路。該芯片有一個(gè)內(nèi)置參考電壓為1.25V的溫度補(bǔ)償，比較器，最大動(dòng)態(tài)電流約束的控制占空比的振蕩器電路，驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)大輸出電流開關(guān)。該芯片是為把升壓，降壓和電壓翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換應(yīng)用合為一體而特別設(shè)計(jì)的，但是在本文中它用于開關(guān)電源典型應(yīng)用中的升/級(jí)壓方面。 μA78S40芯片(圖2.b)和MC340

9、63不同的是，多了一個(gè)指示工作狀態(tài)的二極管，和一個(gè)沒有參考調(diào)整的運(yùn)算放大器。該芯片是16個(gè)引腳雙列直插式封裝形式，允許參考電壓和比較器的非反相輸入引腳置空。這些添加的特性使得這部分的適應(yīng)性大大的提高，可以執(zhí)行更高級(jí)的應(yīng)用。這些可能包括主輸出或者來自二次輸出電壓，跟隨調(diào)整結(jié)構(gòu)甚至是二次開關(guān)調(diào)整的升級(jí)系列。 圖2. 功能模塊圖：a) MC34063 b) μA78S40 只要輸出電壓V低于標(biāo)稱電壓水平，比較器就給與門的“B”口輸入一個(gè)邏輯信號(hào)“1”。結(jié)果就是外部定時(shí)電容C在充電時(shí)間內(nèi)也給與門的“A”口輸入一個(gè)邏輯信號(hào)“1”。這樣就使鎖存器的輸出端“Q”也變成邏輯“1”，使得驅(qū)動(dòng)器Q和輸出開

10、關(guān)Q處于“導(dǎo)通”狀態(tài)，輸出電壓也增加到標(biāo)稱輸出水平。定時(shí)電容C在放電時(shí)間內(nèi)給與門的“A”口輸入一個(gè)邏輯信號(hào)“0”。導(dǎo)致鎖存器的輸出端“Q” 變成邏輯“0”，使得驅(qū)動(dòng)器Q和輸出開關(guān)Q關(guān)斷。外部定時(shí)電容C在放電時(shí)，盡管要求輸出電壓增加到標(biāo)稱水平，但輸出電壓還是下降。這是μA78S40和MC34063的一個(gè)不太好的工作方式，會(huì)使得電壓到達(dá)標(biāo)稱水平時(shí)又毫秒級(jí)的小延時(shí)。為了消除它，放電時(shí)間設(shè)置比充電時(shí)間低6倍。 當(dāng)輸出電壓V高于標(biāo)稱電壓水平時(shí)，比較器就給與門的“B”口輸入一個(gè)邏輯信號(hào)“0”。使得鎖存器的輸出端“Q”也變成邏輯“0”，驅(qū)動(dòng)器Q和輸出開關(guān)Q關(guān)斷，輸出電壓減少，當(dāng)?shù)赜跇?biāo)稱輸出水平時(shí)，整個(gè)功能

11、運(yùn)行重新開始。 標(biāo)稱電壓不會(huì)一直保持，總是存在輸出紋波電壓V。為了減少它，在MC34063和μA78S40開關(guān)調(diào)整控制電路的開關(guān)電源的圖表中必須加入輸出電壓V的輸出濾波。用到了一個(gè)PWM和PFM混合控制的輸出開關(guān)Q。 4. 開關(guān)調(diào)整控制電路控制的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)原理 在由MC34063和μA78S40單片集成開關(guān)調(diào)整子系統(tǒng)(圖1)控制的運(yùn)行在邊緣模式的DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)處理過程中比章節(jié)2.2增加的符號(hào)如下：V-二極管D上的電壓降，V-二極管D上的電壓降，V-晶體管Q電壓飽和值，V-晶體管Q電壓飽和值，I-電感電流最大值，L-轉(zhuǎn)換器運(yùn)行在邊界模式時(shí)電感L的值，I

12、- Q上的開關(guān)電流的最大值，I-振蕩器的充電電流，I-振蕩器的放電電流，-輸出濾波電容C上流過的電流，t- C的充電時(shí)間，ESR- C等效阻抗，R- Q開關(guān)電流限定電阻器，R-負(fù)載電阻。 以下是為了簡化轉(zhuǎn)換器的邊緣傳導(dǎo)模式的設(shè)計(jì)步驟而建立的數(shù)學(xué)理論。為了使轉(zhuǎn)換器工作在邊緣傳導(dǎo)模式，取電感L的值比它的最小值L大，升/降壓轉(zhuǎn)換器將工作在正確持續(xù)的傳導(dǎo)模式。 設(shè)計(jì)步驟如下： 第一步：DC-DC升/降壓轉(zhuǎn)換的輸出平均電壓可由方程(3)得到： (4) 第二步：電感電流的最大值I可以由圖1中在t∈(0, t)時(shí)間內(nèi)，晶體管Q和Q都處于導(dǎo)通狀態(tài)，

13、偏壓二極管D 和D都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)間內(nèi)的基爾霍夫電壓方程得到，包括晶體管的飽和電壓V和V?？梢钥吹骄w管Q和Q并不是理想的開關(guān)器件： 由上面的方程可以得到電感電流的最大值I： (5) 第三步：同樣由圖1中在t∈(t，T)時(shí)間內(nèi)晶體管Q和Q都處于關(guān)斷狀態(tài)，偏壓二極管D 和D都處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)間內(nèi)的基爾霍夫電壓方程得出電感電流的最大值I。二極管D 和D都不認(rèn)為是理想的，因?yàn)樗鼈兊碾妷航礦和V考

14、慮進(jìn)來了： 由上面的方程可以得到電感電流的最大值I： (6) 第四步：由方程(5)和(6)得到比例t/t： (7) 在方程(7)中電感系數(shù)L不存在。 第五步：電感電流I在t∈(0, t)時(shí)間內(nèi)經(jīng)過二極管D給輸出濾波電容C充電。如果輸出電壓V保持不變，那么在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)功率Q和導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)功率Q相等： It= It (8) 電容電流

15、i波形： (9) 由(8)式和(9)式可以得到電感電流最大值： I= I (10) 電感電流最大值I和晶體管Q的集電極電流相等，因?yàn)?，電感L直接和Q集電極相連。 第六步：由方程(5) ，(9)和 (10)知道，當(dāng)升/降壓轉(zhuǎn)換工作在邊緣傳導(dǎo)模式時(shí)電感L的最小值L： (11) 第七步：知道t，t，I，I，C就可以計(jì)算出輸出電壓V的紋波V。由波形用實(shí)驗(yàn)方法得出輸出濾波電容的充電時(shí)

16、間t: 電流I=I= I由上面方程得到t： (12) t期間，電流可以寫成： (13) 輸出電壓紋波變?yōu)椋? (14) 由方程(12)和(14)得出最終的V： (15) 根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，V誤差小于5%，如果V>3V，方程(15)可以簡化成一次方程：

17、 (16) 方程(16)可以去計(jì)算電容C。 外文翻譯考核表 指導(dǎo)教師對(duì)外文翻譯的評(píng)語： 指導(dǎo)教師 （簽名） 年 月 日 建議成績 評(píng)閱小組或評(píng)閱人對(duì)外文翻譯的評(píng)語： 評(píng)閱小組負(fù)責(zé)人或評(píng)閱人 （簽名） 年 月 日 建議成績