主要的DC-DC变换设备开关电源设计方案
来源:元器件交易网 作者:—— 时间:2011-12-28 14:01
根据电源设计要求, 当输出电压Uo 大于基准电压Uref 时, 控制脉冲为低能量脉冲, 占空比为DL:
式中, USH 为锯齿波信号USAW 的最大值; USL 为锯齿波信号USAW 的最小值。
将设计参数代入式( 3) 中, 得到低能量脉冲的占空比为DL= 0. 25
同理, 当输出电压Uo 小于基准电压Uref 时, 控制脉冲为高能量脉冲的占空比:
得高能量脉冲的占空比为DH = 0. 5.
2 仿真及实验验证
为了验证PT 控制方法和模拟控制器的可行性,设计了一个基于PT 控制的DCM Buck 变换器, 其主要参数为: Uin = 15 V, Uo = 5 V, L = 100uH, C="470uF", R= 10Ω , f = 10 kHz.
图3 显示了PT 控制的DCM Buck 变换器工作仿真波形。在图3 中可以看出, 当Uo 大于Uref 时, 控制脉冲Upt 为低能量脉冲, 占空比为DL= 0. 25; 当Uo 小于Uref 时, 控制脉冲Upt 为高能量脉冲, 占空比为DL =0. 5, 与设计参数相符合。此时的控制脉冲序列为PH -PL - PL .
图3 PT控制DCM Buck变换器工作仿真波形图
由图3 可知, 输出电压Uo 的纹波随着电感电流I L 的变化而变化。控制信号每输出一个高能量脉冲,输出电压纹波值增大;输出低能量脉冲时, 输出电压纹波值减小, 但是其值始终在5 V 上下范围内波动。仿真结果与实验设计要求一致。
从图4( a) 中, 可以看出当MOSFET 管导通控制信号为高能量脉冲占空比为DH 时, 输出电压Uo 有小幅上升;而MOSFET 管导通控制信号为低能量脉冲占空比为DL 时, 输出电压Uo 有小幅下降, 与仿真波形图一致。在图4( b) 中,可观察输出电压Uo 的纹波图, 能够更清楚地反映开关管导通控制信号与输出电压的变化关系。从图中,可以更加明显看到开关管导通控制信号的变化对输出电压的影响, 与仿真结果基本一致。
图4 PT 控制DCM Buck 变换器控制脉冲信号与输出电压波形和输出电压纹波波形
3 结论
本文在介绍了一种新型控制技术--脉冲序列控制技术, 并将其应用于DCM 模式的降压型Buck DC-DC 变换器,用模拟方式实现了开关变换器对输出电压的控制。本文介绍的理论不需要误差计算等详细的小信号或大信号分析, 且适用于各种开关变换器,仿真和实验结果验证了PT 控制方法的可行性。
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