《电路理论辅导资料一》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路理论辅导资料一（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大连理工大学网络教育学院电源技术辅导资料十七主 题： 第八章 开关电源仿真设计 第九章 电源技术设计实例（第1-2节）学习时间： 2015年7月20日7月26日内 容：一、本周知识点及重难点分布表17-1 本周知识点要求掌握程度一览表序号学习知识点要求掌握程度本周难点了解熟悉理解掌握1开关电源仿真设计2电源技术设计实例二、知识点详解【知识点1】开关电源仿真设计1、开关电源的计算机仿真需要解决两个基本问题： 如何建立电路方程（仿真模型）；如何求解电路方程。2、开关电源系统的仿真步骤：建立系统的仿真模型，从而获得描述系统的方程式。构造求解系统方程的算法。当系统比较简单或者系统的阶数较低时，通常可以
2、得到系统的解析解；但当系统较复杂或系统的阶数较高时，一般只有借助于计算机仿真方法，才能够对系统设计进行仿真。3、开关电源电路的建模方法：状态变量法：以电路中的某些支路电压和电流作为状态变量，建立开关电源电路的状态方程。节点分析法：EMTP、ATP、PECAN等程序改进的节点分析法：求解方程时采用直接法，即将非线性代数微分方程转换为一组非线性差分方程，应用牛顿拉夫逊法迭代求解方程组，利用稀疏LU分解技术连续求解线性代数方程组。状态空间平均法：利用一周期内平均状态变量，将一个非线性、时变、开关电路转变为一个等效的非线性、时不变的连续电路，因而可对开关转换器作大信号瞬态分析，并可决定其小信号传递函数
3、及零、极点配置，建立一个状态空间平均电路模型。4、SPICE和IsSPICE仿真程序 SPICE是一种通用集成电路计算机分析程序，可用其对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态时域分析和交流小信号时域和频域分析等。SPICE应用了一组电路模型方程，基本分析工具是牛顿拉夫逊迭代法。SPICE、IsSpice的仿真结果以数据文件形式表示，可以将它输入其他软件如MATLAB等，以便进一步对电路性能进行评估和寻优。 5、MATLAB在开关电源仿真中的应用： （1）理想开关电源仿真模型：理想开关电源由一个电阻(Rm)、一个电感(Lm)和一个受逻辑信号G控制的开关串联构成。 图17-1 理想开关电源仿真模型
4、图17-2 理想开关模拟示意图理想开关电源完全由门极信号(G0或G0)控制。当G=0，阻断正反向电压及电流为零。当G0，电压为零，电流可双向流动。当触发时，开关在开与关状态的转换瞬间完成。理想开关模块还包括一个与之并联的Rs-Cs串联的缓冲电路。可以指定缓冲电路的Rs和Cs当指定Cs=0时，缓冲电路为纯电阻当指定Rs0时，缓冲电路为纯电容。当指定RsInf或Cs = 0时，在理想开关的图标上将不显示缓冲电路 图17-3 带缓冲电路的图标 图17-4 不带缓冲电路的图标（2）晶闸管的仿真模型：晶闸管模型由一个电阻(Ron)、一个电感(Lon)、一个直流电压源(Vf)和一个开关串联而成。开关由一个
5、逻辑信号控制，该逻辑信号由电压VAK、电流IAK和门极触发信号G决定。图17-5 晶闸管仿真模型 图17-6 晶闸管模拟示意图晶闸管模块包括一个Rs-Cs缓冲电路，它通常与晶闸管并联。可以指定缓冲电路的Rs和Cs指定Cs = Inf时，缓冲电路为纯电阻电路；当Rs = 0时，缓冲电路为纯电容电路；当指定Rs = Inf或Cs = 0时，在晶闸管的图标上将不显示缓冲电路 图17-7 带缓冲电路的图标 图17-8 不带缓冲电路的图标图17-9 晶闸管的伏安特性当阳极和阴极之间电压大于转折电压Vf且门极触发脉冲为正向(G0)时，晶闸管导通。触发脉冲的幅值必须大于零且有一定的持续时间，以保证晶闸管阳极
6、电流大于掣住电流。当流过晶闸管的电流下降到零(IAK = 0)，且阳极和阴极之间施加反向电压的时间为晶闸管的关断时间Tq时，晶闸管关断。 如果阳极和阴极之间施加的电压在小于晶闸管的关断时间Tq内变正，即使没有门极触发信号(G = 0)，阳极电流小于掣住电流，晶闸管也将自动导通。图17-10 晶闸管模拟示意图为了避免代数环(（Algebraic Loop），晶闸管模型中的Lon不能为零。每增加一只晶闸管，就增加一个电路的状态变量。因为晶闸管用电流源来模拟，所以它不能和电感、电流源以及开路电路串联，除非使用了缓冲电路。 6、MATLAB在开关电源仿真中的应用：运用MATLAB强大的计算功能求解开关
7、电源变换器方程式。运用MATLAB频域分析的工具研究电源变换器系统的控制性能。运用MATLAB的SIMULINK、ToolBox工具仿真电源转换器系统。7、开环降压式变换SIMULINK仿真 图17-11 降压式变换器的电路原理图 8、IsSPICE的组成及功能特点 电路图输入软件SPICENetIsSPICE仿真软件的模型库数模混合开关电源电路仿真软件IsSPICE4IsSPICE仿真软件的波形处理与分析软件IntuScopeIsSPICE仿真软件的符号编辑器Symbol EditorIsSPlCE仿真软件的文字编辑软件IsEd9、开关电源的最优设计 可行性设计：根据开关电路的基本原理，推导
8、出开关电源的一些计算公式，并根据以往设计经验所提供的经验数据，可以对开关电源进行初步设计，结合实验，反复修正，最后可以得到满足给定性能指标要求的设计。 最优设计：融合数学方法与计算机辅助寻优方法于一体的方法。 最优设计与可行设计关系是非常密切的，最优的设计一定是可行的，反之则不同，可行的设计不一定是最优的设计。10、开关电源的主要性能指标：输出/输入电压比（VoVi）、输出功率Po、变换器效率、输出电压纹波Vo、对输入电压源Vi的电磁干扰（EMI）幅度的限制。11、开关电源主电路设计的内容电路拓扑形式的选择开关晶体管、整流二极管的电流及电压的选择输入输出滤波器形式以及参数的确定计算磁性元件（电
9、感、变压器、电流互感器等）的磁心规格、尺寸和绕组匝数、导线规格，以及电容的选择等12、在开关电源的瞬态最优设计内容 选择反馈控制方式：电压反馈或电压、电流反馈，分别称为单环和双环控制补偿网络的拓扑形式：比例积分微分或PID放大器，PID参数的最优设计等。13、最优设计的基本内容目标：使某个技术指标或经济指标为最优。 变量：使得技术指标或者经济指标达到最优的参数值。 约束：求最优参数时要满足各项性能或结构工艺要求，即为求目标函数极值时所加的约束。 目标和约束是开关电源最优化设计变量的线性或非线性函数，一般情况下，工程优化问题中是非线性问题。因此，在数学上，开关电源的优化设计问题归结为求解有线性或
10、者非线性约束的非线性多变量（目标）函数的极值问题。14、最优设计的基本内容开关电源工程优化设计的含义可描述为选择n个最优设计变量x*=(x1*，x2*，x3*，xn*)T。使某个目标函数值为极大或极小，并满足各项技术性能指标或其他设计要求。16、开关电源工程优化设计的特点优化设计方法是把数学规划与计算机辅助设计方法融于一体的一种设计方法。 按变量取值为连续或离散，可将优化问题分为连续优化问题和离散优化问题。 优化设计是一种数值计算方法。 17、开关电源应用最优化方法的几个问题：最优解的性质、初始点的选择、收敛判据、变量尺度的统一、约束值的尺度统一、多目标优化问题。【知识点2】电源技术设计实例1
11、、电源技术设计步骤（1）熟读技术要求 （2）主电路设计：主电路的选型； 控制电路设计 （3）控制电路的结构 （4）总结 2、6kw电力操作电源设计详见课件。三、重要理论1、电源技术设计步骤（知识点2）（1）熟读技术要求 （2）主电路设计：主电路的选型； 控制电路设计 （3）控制电路的结构 （4）总结 四、课后习题习题17.1 单项选择题：开关电源电路的建模方法不包括( )。A状态变量法 B节点分析法 C回路分析法 D状态空间平均法习题17.2 单项选择题：以下关于SPICE计算机分析程序说法错误的是( )。A是一种通用集成电路计算机分析程序B可对电路进行非线性直流分析C仿真结果以数据文件形式表示D分析工具是拉普拉斯变换习题17.1-17.2答案：C；D第5页 共5页
