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带漏电感的反激式转换器均匀模型

在本文第一部分,我们已说明了由漏电感带来的开关效应:有效占空比的减少,带来在主电源开关关断后次级二极管导通时间的延长和次级端电流的延迟。因此

在本文榜首部分,咱们已阐明晰由漏电感带来的开关效应:有用占空比的削减,带来在主电源开关关断后次级二极管导通时刻的延伸和次级端电流的推迟。因而,输出电压低于本来的公式猜测,在RCD钳位网络中的功率耗散添加。鉴于漏电感对作业波形的影响,研究其对反激式转换器小信号呼应的影响是风趣的。但在咱们进行小信号剖析前,需求一个好的均匀模型。

负载阶跃呼应

榜首部分介绍的逐周期模型如图1所示,现在包含一个可变负载。在这仿真中,负载规模将从8至6 不等,跨度为10 μs,一起记载输出。转换器运转在开环装备,咱们会将漏电感从1 μH添加至50 μH,而其它作业参数坚持不变(占空比40%)。

图1:这开环简化的反激式转换器将让咱们探究由漏电感带来的影响

咱们已收集图2中不同漏电感的输出电压。笔直刻度是每等分620 mV,对每一波形都相同,但偏移量有所改动以让一切曲线进入图中。榜首个注释涉及到振铃。在几乎没有漏电感(1 μH)时,呼应振铃和阻尼很轻。但负载电流的步幅不影响输出电压。跟着漏电感添加,振铃开端削弱,振动敏捷中止,这时lleak = 50 μH。但是,漏电感越大,输出电压越低(从近20 V至17.6 V),静态电压下降起伏越大:近0 V时无漏电感,达400 mV时漏电感最大。从这快速仿真中,咱们可观察到漏电感削弱瞬态呼应,影响稳态输出电压(如榜首部分所猜测),也会下降输出阻抗。为探究漏电感对频率呼应的影响,咱们需求一个大信号模型然后线性化以给出转换器的小信号表达式。从这小信号模型中,咱们应该能剖析表达受漏电感影响的反激式转换器的操控-输出传递函数。

图2:不同的漏电感影响开环反激式转换器的几个参数

大信号模型

脉宽调制(PWM)开关自身就能很好地模仿一个反激式转换器。由Dr. Vatché Vorpérian于90年代提出,最简略的模仿一个作业于CCM形式的双开关电压形式DC-DC转换器的大信号呼应和固定开关频率如图3 。该原理包含均匀两个衔接端之间的波形,“a”(有源)、“p”(无源)和“c”(共有的)以描绘 一组接连时刻的电流/电压等式。Vorpérian标明,装备如图3的电流和电压源相当于考虑将抱负的直流变压器衔接到终端 a-c-p,受匝数比d、占空比影响。

图3:不可能有比PWM开关模型更简略的了!

模型是不变的,阐明它可代替其它DC-DC转换器,一切描绘这PWM开关的等式坚持不变。图3所示的模型是大信号版别。假如SPICE可供给这模型的小信号呼应–因为SPICE是线性求解器,它将在运转仿真前将模型线性化–咱们不能运用它的原型来建立操控-输出传递函数。咱们需求PWM开关的线性化或小信号版别。如图4所示,您可看到通用架构,并看它怎么转化为作业中的SPICE模型。对那些对PWM开关的进一步详细信息感兴趣的,有翔实介绍及很多作业实例。

图4:PWM开关的小信号版别使原型略微杂乱

请注意源包含几个与产品的直流和沟通值相关的术语。例如,系列源B3表明为{Vap}除以{D},乘以V(d)。{Vap}代表端子“a”和“p”之间的稳态电压,而{D}是稳态占空比。这些都是固定参数,对应于一个作业点。例如,图3中降压转换器的{Vap}是Vin. d,占空比可所以在0和1 V(0至100%)之间的恣意值。

图5显现了怎么运用PWM开关模型仿真反激式转换器,它与特定变压器的等效比为1:d。结构电压是由仿真器核算出的偏置点。验证它们在恰当的极限内很重要。有时结算器未能确认正确的操作点而是供给一个动态呼应。这显然是个过错的成果,有必要丢掉它,直到找到一个新的正确的操作点。从榜首部分,咱们知道CCM反激式转换器抱负的(无漏电感)直流传递函数是

(1)

这是原理图显现的整个负载电阻:咱们的偏置点是正确的。现在咱们有了大信号模型,咱们可在图4 的基础上推出小信号使用。为此,咱们需求核算几个固定参数,Vap和端子“c”的均匀电流Ic。一旦您将PWM开关模型调整到合适反激式转换器结构,在端子“a”和“p”之间的电压Vap变为输入电压Vin减去反射电压Vout/N(疏忽次级二极管Vf)。因为这电压是负数,咱们有端子“c”的电流是流过初级电感Lp的均匀电流。导通或dTsw期间这电流的一部分在端子“a”循环,关断或 (1–d)Tsw期间流过端子“p”。图7显现端子“a”和“c”的典型的瞬时波形。依据图5中的使用原理图,端子“a”的均匀电流也在输入源循环以发生Pin:

图5:PWM开关模型用于CCM反激式转换器的一个实践使用

图6:PWM开关模型的小信号版别仅需几个操控源。

由图7,咱们可写

(4)

图7:端子“c”的电流是初级电感Lp电流。

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