双管正激电路的设计与仿真3-10(开环设计与仿真)2010
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双管正激电路的设计与仿真第二章1参考资源及介绍•Saber help files–C:\\Synopsys\\Y-2006.06-SP2\\doc\\pdf_docs–Power Converter Design ExampleSaberQuickStart；ExamplesUserSketchUser；HotkeyUser•网络资源–使用方法介绍；SaberUser；；2五．元件级设计与仿真。四．闭环仿真；三．闭环设计与仿真；二．开环仿真（瞬态）、分析与模型细化；一．开环设计；双管正激电路的设计与仿真3（（32）双管正激电路的开环设计；）双管正激电路的工作原理；（1）性能指标；一双管正激电路的开环设计4•DC-DC•输入电压：•输出性能：–Vout28VDC–Vout(p-p)–Iout2-20A•其他性能：–开关频率100kHz，在所有负载下，电路工作于<100mVCCM240-300VDC（额定变换器性能指标：270V）（1）性能指标5 S2UinD1D2 N1 N2 T S1 D3D4 LfCfR–挽、全桥、半桥、双管正激等；隔离式拓扑：单端正激、单端反激、推•–非隔离式拓扑主电路拓扑选择X（2）双管正激电路的工作原理6•––去磁。导通，变压器间，S1D1、S2、D2关断期提供能量；变压器向负载磁，电源通过间，变压器励S1、S2导通期工作原理7（2）双管正激电路的工作原理（（5）功率器件电应力4）滤波电容（（3）滤波电感量2Æ）变压器匝比Æ滤波电感设计变压器设计•（1）占空比主电路参数设计（3）双管正激电路的开环设计8设n经计算，原副边匝比=inVoutVminmaxD==2428：240*0.42输入、输出关系：7=3.43=outV3.6=（注意匝数取整）inV*(n1)*D（2）变压器匝比控制芯片限制：拓扑限制：DmaxÆD变压器设计max<0.5<0.45；ÆDmax=0.42（1）占空比占空比、匝比设计9==0.82cm42*200*103*1500*0.95*0.3*40028*20*108SQ=2fBηKoPKj*108•径、校核）变压器设计：（选取磁芯、匝数、导线线变压器设计mcu10Dmax<0.5nomD=inVnomoutnV=724*(28270+0.85)=0.366minD=VoutnV=724*(28300+0.85)=0.33maxD=VoutnV=724*(28240+0.85)=0.412计算实际占空比：占空比、匝比设计inmininmax11•电感量，界连续。ΔILL=UL→ΔTLmin(CCM)U=LΔILΔmaxT=−−428(1−0.33)10u≈46.9uH2A时（1/10负载），电感电流临滤波电感设计12•If>Io充电电荷Δ11=Iripple*42sT=Cf*outV(p−p)Q=充电电流*充电时间maxESR=ΔΔIV=40.1=0.025Ω充电,If
Operating Point > DC Operating Point:29动显示结果。Display After Analysis保留点；Release HoldnodesHoldnodes：保留点Sample Point Density;示控制；Monitor Progress：自：释放；：进度显仿真器主要参数：30仿真器主要参数：Ending Initial Point File：结束文件；Use Initial Conditions：是否使用初始条件。31Simple Circuits That are Hard for DC Analysis•••••Single node connected only to capacitors and current sources (cut set of capacitors);Loop containing only inductors and voltage sources;Current source driving a capacitorTwo inductors in series with conflicting current initial conditions;Two capacitors in parallel with conflicting voltage initial conditions.32⑤•瞬态分析对话框数字仿真中应用最广泛的分析类型析通常从静态工作点开始。。是功率变换器瞬态分析用于检验系统的时域特性，此分时域分析的概念与作用时域分析（transient）（2）仿真模拟33••––––基本、输入输出、校准、数值积分、算法其他设置Truncation error;Sample point densityTime step;;影响仿真精度与收敛性的几个设置：（2）仿真模拟34•••Start––– Time1/1001/10。；：开始时间;正弦驱动源输入周期的降沿；驱动源最小的上升或下设计中有关时间常数的Time Step：步长；析结束时间；End TimeBasic：定义瞬态分Analysis > Time Domain > Transient :35•••Plot after anlysisDC analysis–––算法则、其他整数-1 0 CPU时间等总体信息、运执行概要和时间执行时间Monitor progress BasicAnalysis > Time Domain > Transient :36Sample Point Density•••••分段线性化算法；取值越大，仿真模拟精度越高；DC有助于分析电压、电流尖峰；取值越大，曲线越平滑，越逼近真实波形；分析中，有助于找到直流工作点；：37主要参数：Max Truncation Error：最大截断误差。仿真速度与收敛性能38（（（（4321）模型细化）仿真结果分析）仿真模拟）原理图编辑开环仿真（瞬态）、分析与模型细化39•••––––观测各种情形下关键点波形验证设计是否满足要求测量分析结果信号的运算现有信号的查看图形文件的打开查看仿真波形（3）仿真结果分析40•••••器的设计）；（选做）21：完成双管正激电路设计报告（含变压器与电感件）路参数设计，需要查阅相关手册，选取所有元器：完成作业：Buck变换器的电路设计报告（含所有主电掌握波形分析方法掌握瞬态仿真方法小结||5-6||41双管正激电路的设计与仿真第二章Password:0307123456saber0307@126.com42五．元件级仿真。四．闭环仿真；三．闭环设计与仿真；二．开环仿真（瞬态）、分析与模型细化；一．开环设计；双管正激电路的设计43（（（（4321）模型细化）仿真结果分析）仿真模拟）原理图编辑开环仿真（瞬态）、分析与模型细化44④③②①原边二极管电压、电流应力；开关管电压、电流应力；–电感电压波形电感电流波形（–电容电流波形输出电压纹波；DCM、CCM）；（3）仿真结果分析45③②①––D变化情况下其他点波形的相应变化。电源电压与D的关系；不同供电电源电压分析电源电流波形；副边二极管电压、电流应力；（3）仿真结果分析46（（（（4321）开环设计与模型细化（完善））仿真结果分析）仿真模拟）原理图编辑开环仿真（瞬态）、分析与模型细化47③②①b.a.漏电感Æ滤波电容设计<滤波电感良好耦合情况下为励磁电感Æ—励磁电流变压器（实际设计）串联电阻需要查——<Æ磁芯手册）串联电阻<0.2%L负载电流的m；5%；输出电压纹波；www.dianyuan.comÆ线路压降；（实际（4）模型细化（完善）48②①a.•、非晶等铁氧体）；----、铁粉芯、铁铝硅Koolu、MPP、high flux也小，因此可以选择较高的饱和磁密。应选取（有较大的直流偏磁，磁通摆幅小，相应交流损耗电感磁芯材料的选取：磁芯选取电感量计算；（1）滤波电感设计49②b.••经计算，查相关手册后可初选出磁芯型号。系数，值（其中AAP磁芯选取Kc=为磁芯填充系数。流密度，通常取），LfBmeA⋅WA初选磁芯型号：3~5=（LmBfA/mmJKI2W×K10c6），2是磁芯工作磁密（为电感值（H），IKwGs是窗口的填充），J是线圈电为通过电感的直流平均（2）滤波电感设计50③a.b.δ计算匝数和气隙最大磁通摆幅：计算匝数和气隙=μ0LNf2eA（2）滤波电感设计51⑤④)mB=Bmμ校核：•0δNIpmax、窗口、损耗线圈电流密度通常取计算导体尺寸(铜耗，铁耗查曲线3~5（A/mm）。2（2）滤波电感设计52=•41Iripple*充电电荷If>Io21ΔsTQ==充电Cf*outV,IfC>1nF 容量标注在外壳上测试频率为，测试条件为1kHz25°C，>1μF 测试频率为和6.8等，像如公差10%4.7：μ1.0F，，0.0471.2，μ1.5F，，1.847pF，等等2.2，2.7，3.3，4.7标称值级，±－和电阻相同。按照公差等级决定序列。10%误差等级1. 容量：（Ⅱ）级和±－±单位1%－（F00，（20%mF（Ⅲ）级）级，±2%(0)），μF级，±，nF5%，（Ⅰ）pF一、电容器的主要参数54受电路最高电压的400V，而在400HZ流额定电压为例如30V125%。某电容。通常选择电容额定电压不得小于电容所承等。应用，额定电压降低为50Hz：某电容直流额额定电压为600V240V交流额定电压为，而50Hz交并随频率增加允许交流电压降低。额定交流电压：受损耗限制，一般比直流电压低得多。额定直流电压：电容两极能施加的最高直流电压。需要更厚的介质，比低电压体积大。击穿。额定电压一般比击穿电压低。高电压定额的电容绝缘介质中的电子被拉出来，产生雪崩效应，引起介质电容器介质中的电场强度大于它的允许电场强度，这是2.电压定额55DF=10000tanδ=1000RωESRC=10000RESRωC1μF，用1kHz。损耗系数：容量C（>1μμFF），，用DF（％）120Hz；< RZ：泄漏电阻，一般很大ESL：引线、电容极板结构有关。质损耗与温度和频率有关。ESR：≈引线、焊接和介质极化损耗。介jωC1+j电容等效电路：ωCL，ESL+ESRR，ESRESL和RS3. ESR、ESL和损耗系数S56寿命降额：阿亨纽斯（Arrhenius）定律，容芯温度减少10℃，寿命增加1倍。电压超过额定电压也要降额。但额定工作电压最大不应大于电容定额的电压。ESR与纹波电流：电解电容的温升是RESRI2引起的。开关电源中输出纹波电压主要是ESR引起的。而I为纹波电流的有效值。ESR：20kHz以上，一般ESR与其容量的乘积为RESRC＝50~80×10-6(s)。57例：电容。解＝4×6/0.05=260024.1m如果不考虑压为Δ＝4×纹波：(96.4)10U×pp10＝2-6+(7.5)/(2Δ×2=96.72700IT/2C×mV10-6）=7.5mV；65×ESRESRμ10F-6/，按照此容量计算纹波电引起的纹波为，取C：纹波电流为,则需要4A96.4m2700uFC，其＝。因为Δ4UESR×pp65＝约为×Δ10IR-ESR波纹波电压为Buck类100mVLC。f=100kHz滤波输出电流为.选择电解20A,允许纹58⑥⑤④③②①变压器图纸（绕制方法）。损损耗分析：铁损校核窗口；=铜损,原边铜损根据工作状况（如占空比、选择磁芯（AP）；AP=2fBmηKoPcK=uj副边铜计算绕组电流，考虑集肤效应确定线径；定变压器原、副边匝数；deltaB等）确*10859（3）变压器设计（步骤）59②①取；二极管——Get part 取；开关管Æ应力计算、选取及实际器件选parametric search ——Æ……应力计算、选取及实际器件选（4）模型细化（完善）60•••••器的设计）；（选做）21：完成双管正激电路设计报告（含变压器与电感件）路参数设计，需要查阅相关手册，选取所有元器：完成作业：Buck变换器的电路设计报告（含所有主电掌握根据帮助文件（或模版）选取器件的方法在波形分析的基础上，完善电路仿真模型。小结61•––1差异性分析）理想元器件与实际元器件模型带来的性能指标满足情况；仿真分析（波电容）；2，评估所选元器件的合理性；13，，采用理想元器件分析性能指标的主电路设计（开关管、二极管、滤波电感、滤选取所有元器件）有主电路参数设计，需要查阅相关手册，：完成Buck变换器的电路设计报告（含所作业内容62•––差异性分析）理想元器件与实际元器件模型带来的性能指标满足情况；仿真分析（2，评估所选元器件的合理性；1电感、滤波电容）；主电路设计（变压器、3，，采用理想元器件分析性能指标的开关管、二极管、滤波与电感器的设计）；（选做）2：完成双管正激电路设计报告（含变压器作业内容63