开关电源仿真设计

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1、第7章开关电源仿真设计开关电源的计算机仿真需要解决两个基本问题：1、如何建立电路方程（仿真模型）；2、如何求解电路方程。开关电源系统的仿真步骤：1、建立系统的仿真模型，从而获得描述系统的方程式2、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。开关电源电路的建模方法1、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。2、节点分析法：EMTP、ATP、PECAN等程序3、改进的节点

2、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。4、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及零、极点配置，建立一个状态空间平均电路模型。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。SPI

3、CE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。MATLAB语言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。理想开关电源完全由门极信号(G＞0或G＝0)控制。当G=0，阻断正反向电压及电流为零。当G＞0，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-

4、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Rs＝0时，缓冲电路为纯电容。当指定Rs＝Inf或Cs=0时，在理想开关的图标上将不显示缓冲电路(a)带缓冲电路的图标(b)不带缓冲电路的图标理想开关模拟示意图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。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=In

5、f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带缓冲电路的图标不带缓冲电路的图标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(G＞0)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)，

6、阳极电流小于掣住电流，晶闸管也将自动导通。晶闸管的模拟示意图为了避免代数环(（AlgebraicLoop），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。MATLAB在开关电源仿真中的应用（1）运用MATLAB强大的计算功能求解开关电源变换器方程式。（2）运用MATLAB频域分析的工具研究电源变换器系统的控制性能。（3）运用MATLAB的SIMULINK、ToolBox工具仿真电源转换器系统。开环降压式变换SIMULINK仿

7、真降压式变换器的电路原理图IsSPICE的组成及功能特点1、电路图输入软件SPICENet2、IsSPICE仿真软件的模型库3、数／模混合开关电源电路仿真软件IsSPICE44、IsSPICE仿真软件的波形处理与分析软件IntuScope5、IsSPICE仿真软件的符号编辑器SymbolEditor6、IsSPlCE仿真软件的文字编辑软件IsEd开关电源的最优设计1、可行性设计：根据开关电路的基本原理，推导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

8、指标要求的设计。2、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。开关电源的主要