《DCDC转换开关电源的建模仿真和实验结果文献综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DCDC转换开关电源的建模仿真和实验结果文献综述（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙江大学毕业设计（论文）外文文献翻译毕业设计（论文）题目直流电机负载下的开关电源控制问题研究翻译题目Modeling, Simulation and Experimental Results of a Switching Power Supply With Dc-Dc ConverterDC-DC转换开关电源的建模，仿真和实验结果学 院自动化学院专 业电气工程与自动化姓 名班 级学 号指导教师DC-DC转换开关电源的建模，仿真和实验结果 Adriana Florescu, Alexandru Vasile, Constantin Radoi, Andrei Drumea, Dumitru St
2、anciu. Politehnica University of Bucharest, Romania.摘要本文介绍了一种带有单片集成开关调整控制电路的DC-DC升/降压转换的开关电源。本文以简化的数学模型开始详细描述了DC-DC升/降压转换开关电源的设计，接着一般性地描述了MC34063和A78S40运行方式，然后描述了由开关调整控制电路控制的DC-DC升/降压转换的边缘传导模式，整个开关电源的PSpice仿真，一个数例，最后以实际的应用结束。得出了开关电源效率的结论包括一些实际应用方面的问题。1. 绪论本文介绍了一种基于MC34063和A78S40的单片集成开关调整子系统的DC-DC升/降
3、压转换的开关电源的设计。DC-DC升/降压转换使得电源的输出电压V比输入电压V小，相等或者大，但是和输入电压的极性相比，输出电压的极性没有颠倒(例如Buck-Boost转换)。在现代的开关电源设计中，开关调整器的作用比线性调整器更显著，因为在新装置中，和输入电压相比，尺寸的减少要求输出电压有更高的转换效率和更强的适应性。另外，单片集成开关电源在高效率的实现上比那些简单的开关电源有很大的优势。本文论述了DC-DC升/降压转换的数学原理，并一般性的描述了开关调整器子系统。整个开关电源的PSpice仿真，一个数例，和实际的应用，也包括了一些实际应用的问题和最终的结论。2. 基本原理和升/降压转换的简
4、化数学理论图1代表了降压(Buck)转换器和升压(Boost)转换器结合在一起的DC-DC升/降压转换器的基本结构。它靠一个简单的电感器实现电压转换。图1 DC-DC升/降压转换器的基本结构图2.1 DC-DC升/降压转换的基本原理当晶体管Q和Q处于“导通”状态时，电能储存在电感L(图1)中。变为关断状态时，电能转换到输出滤波电容中和导通正向偏压二极管D和D。注意，在导通时间(t)内这个电路和基本的升压电路是一样的，但是在关断时间(t)内，输出电压只是来自电感，并且是相对于地而不是输入电压(V)。这使得输出电压可以是任何值，可以比输入小，相等，或者大。在基本的升压电路中不能有电流约束保护。如果
5、输出严重地过压或者欠压，当它们从输入到输出形成一个直接通路时，电感器L或二极管D可能会被毁坏。这种升/降压结构允许控制电路有电流约束，因为现在和降压电路一样，晶体管Q和输出是串联的。2.2 升/降压转换的简化数学原理DC-DC升/降压转换的单一化数学原理涉及到的符号有：V-输入电压，V-输出电压，t-输出开关晶体管Q和Q的导通时间，t- Q和Q的关断时间，T = t+ t- Q和Q的总的开关周期，D= t/T-开关晶体管Q和Q的工作时间占周期的比率，L-输出滤波电感，i-电感电流，I-电感电流i的纹波，I-纹波电流的最大值，I-纹波电流的最小值，C-输出滤波电容，V-输出电压V的纹波，N= V
6、/ V-转换的变压比。假设图1中开关晶体管Q和Q，偏压二极管D和D都能理想地开关，输出滤波电容C无穷大可以使输出电压V保持为常数，电感L中的电流是线性的，转换器工作在正确连续的传导模式，开关晶体管Q和Q导通时和关断时的基尔霍夫方程为：导通时间内，Q和Q导通，D和D关断： (1) 关断时间内，Q和Q关断，D和D导通： (2) 由以上(1)式和(2)式可得出转换器的变压比N的方程： (3) 方程(3)表明升/降压转换中没有改变极性的输出电压可以高于，相等或小于输入电压。基本的简化方程(1),(2)和(3)不能用于转换器的设计，因为根据电感电流的纹波电流不能确定电感系数L，根据指定的输出电压纹波也不
7、能确定输出滤波电容C，因为我们假设当V=0时，理想的。3开关调整控制电路MC34063和A78S40的概述及功能描述MC34063芯片(图2.a)是一个包括DC-DC转换调节要求的所有动态功能的单片集成控制电路。该芯片有一个内置参考电压为1.25V的温度补偿，比较器，最大动态电流约束的控制占空比的振荡器电路，驱动器和一个大输出电流开关。该芯片是为把升压，降压和电压翻转转换应用合为一体而特别设计的，但是在本文中它用于开关电源典型应用中的升/级压方面。A78S40芯片(图2.b)和MC34063不同的是，多了一个指示工作状态的二极管，和一个没有参考调整的运算放大器。该芯片是16个引脚双列直插式封装
8、形式，允许参考电压和比较器的非反相输入引脚置空。这些添加的特性使得这部分的适应性大大的提高，可以执行更高级的应用。这些可能包括主输出或者来自二次输出电压，跟随调整结构甚至是二次开关调整的升级系列。图2. 功能模块图：a) MC34063 b) A78S40只要输出电压V低于标称电压水平，比较器就给与门的“B”口输入一个逻辑信号“1”。结果就是外部定时电容C在充电时间内也给与门的“A”口输入一个逻辑信号“1”。这样就使锁存器的输出端“Q”也变成逻辑“1”，使得驱动器Q和输出开关Q处于“导通”状态，输出电压也增加到标称输出水平。定时电容C在放电时间内给与门的“A”口输入一个逻辑信号“0”。导致锁存
9、器的输出端“Q” 变成逻辑“0”，使得驱动器Q和输出开关Q关断。外部定时电容C在放电时，尽管要求输出电压增加到标称水平，但输出电压还是下降。这是A78S40和MC34063的一个不太好的工作方式，会使得电压到达标称水平时又毫秒级的小延时。为了消除它，放电时间设置比充电时间低6倍。当输出电压V高于标称电压水平时，比较器就给与门的“B”口输入一个逻辑信号“0”。使得锁存器的输出端“Q”也变成逻辑“0”，驱动器Q和输出开关Q关断，输出电压减少，当地于标称输出水平时，整个功能运行重新开始。标称电压不会一直保持，总是存在输出纹波电压V。为了减少它，在MC34063和A78S40开关调整控制电路的开关电源
10、的图表中必须加入输出电压V的输出滤波。用到了一个PWM和PFM混合控制的输出开关Q。4. 开关调整控制电路控制的DC-DC升/降压转换器的数学原理在由MC34063和A78S40单片集成开关调整子系统(图1)控制的运行在边缘模式的DC-DC升/降压转换的数学处理过程中比章节2.2增加的符号如下：V-二极管D上的电压降，V-二极管D上的电压降，V-晶体管Q电压饱和值，V-晶体管Q电压饱和值，I-电感电流最大值，L-转换器运行在边界模式时电感L的值，I- Q上的开关电流的最大值，I-振荡器的充电电流，I-振荡器的放电电流，-输出滤波电容C上流过的电流，t- C的充电时间，ESR- C等效阻抗，R-
11、 Q开关电流限定电阻器，R-负载电阻。以下是为了简化转换器的边缘传导模式的设计步骤而建立的数学理论。为了使转换器工作在边缘传导模式，取电感L的值比它的最小值L大，升/降压转换器将工作在正确持续的传导模式。设计步骤如下：第一步：DC-DC升/降压转换的输出平均电压可由方程(3)得到： (4)第二步：电感电流的最大值I可以由图1中在t(0, t)时间内，晶体管Q和Q都处于导通状态，偏压二极管D 和D都处于关断状态时间内的基尔霍夫电压方程得到，包括晶体管的饱和电压V和V。可以看到晶体管Q和Q并不是理想的开关器件： 由上面的方程可以得到电感电流的最大值I： (5) 第三步：同样由图1中在t(t，T)时
12、间内晶体管Q和Q都处于关断状态，偏压二极管D 和D都处于导通状态时间内的基尔霍夫电压方程得出电感电流的最大值I。二极管D 和D都不认为是理想的，因为它们的电压降V和V考虑进来了：由上面的方程可以得到电感电流的最大值I： (6)第四步：由方程(5)和(6)得到比例t/t： (7)在方程(7)中电感系数L不存在。第五步：电感电流I在t(0, t)时间内经过二极管D给输出滤波电容C充电。如果输出电压V保持不变，那么在关断时间内功率Q和导通时间内功率Q相等：It= It (8)电容电流i波形： (9)由(8)式和(9)式可以得到电感电流最大值：I= I (10)电感电流最大值I和晶体管Q的集电极电流相等，因为，电感L直接和Q集电极相连。第六步：由方程(5) ，(9)和 (10)知道，当升/降压转换工作在边缘传导模式时电感L的最小值L： (11)第七步：知道t，t，I，I，C就可以计算出输出电压V的纹波V。由波形用实验方法得出输出滤波电容的充电时间t:电流I=I= I由上面方程得到t： (12)t期间，电流可以写成： (13)输出电压纹波变为： (14)由方程(12)和(14)得出最终的V： (15)根据实际观测，V误差小于5%，如果V3V，方程(15)可以简化成一次方程： (16)方程(16)可以去计算电容C。外文翻译考核表指导教师对外文翻译的评语： 指导教师 （签名）
