buck电路的设计与仿真(开环设计与仿真)2014.ppt

Buck电路的设计 开环设计； 开环仿真（瞬态）、分析与模型细化； 闭环基本概念与AC 小信号仿真； 闭环仿真； 元件级仿真。 开环仿真（瞬态）、分析与模型完善 （1）原理图编辑 （2）仿真模拟 （3）仿真结果分析 （4）模型完善 （4）模型完善 滤波电感——串联电阻?线路压降；（实际设计需要查磁芯手册） 滤波电容—串联电阻? 输出电压纹波； 线路寄生参数及其影响 寄生电感； 寄生电容； 半导体器件的寄生参数和实际元器件的选取 I 滤波电感设计 电感量计算； 磁芯选取 电感磁芯材料的选取： 有较大的直流偏磁，磁通摆幅小，相应交流损耗也小，因此可以选择较高的饱和磁密。应选取（铁氧体、铁粉芯、铁铝硅Kool u、MPP、 high flux、非晶等 ）；---- 初选磁芯型号： 其中Lf为电感值（H），I为通过电感的直流平均值（A），Bm是磁芯工作磁密（Gs），J是线圈电流密度，通常取3~5（A/mm2），Kw是窗口的填充系数，Kc为磁芯填充系数。 经计算，查相关手册后可初选出磁芯型号。 （2）滤波电感设计 计算匝数和气隙 最大磁通摆幅： 计算匝数和气隙 计算导体尺寸 线圈电流密度通常取3~5（A/mm2）。 校核： Bm、窗口、损耗(铜耗，铁耗查曲线) II 滤波电容设计（电解） IfIo充电,IfIo放电； 电解电容的ESR、ESL 电容等效电路：C，ESR，ESL和RS ESR：引线、焊接和介质极化损耗。介质损耗与温度和频率有关。一般ESR与其容量的乘积为RESRC＝50~80×10-6(s) ESL：引线、电容极板结构有关。 RS：泄漏电阻，一般很大 寿命降额：Arrhenius定律，容芯温度减少10℃ ，寿命增加1倍。 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。 例：Buck类LC滤波输出电流为20A,允许纹波纹波电压为100mV。f=100kHz .选择电解电容。 解：纹波电流为4A。因为ΔUpp＝ Δ IRESR＝ 4×65×10-6/C ,则需要C＝ 4×65×10-6/0.05=2600μF，取2700uF，其ESR约为24.1m；ESR引起的纹波为96.4m 如果不考虑ESR，按照此容量计算纹波电压为ΔUpp＝ Δ IT/2C ＝ 4×10×10-6/(2×2700×10-6）=7.5mV 纹波： （4）模型细化（完善） 开关管——应力计算、选取及实际器件选取； Get part ?parametric search ?…… 二极管——应力计算、选取及实际器件选取； 参考资源及介绍 Saber help files D:\Synopsys\Z-2007.03\doc\webworks_docs\saber Example: Power Converter Design Example；SaberQuickStart；ExamplesUser；SaberUser；SketchUser；HotkeyUser 网络资源 使用方法介绍 小结||3-6|| 掌握DC-DC电路参数设计方法； 掌握用SaberSketch输入电路原理图的方法、掌握瞬态仿真的基本参数设置方法、掌握查看波形方法； 借助仿真软件深入理解Buck电路工作原理。 作业： 1：完成单端正激电路设计报告（含所有主电路参数设计，需要查阅相关手册，选取所有元器件） ； saber0307@126.com；Password:0307123456 作业内容 1：单端正激电路设计报告（含变压器与电感器的设计）； 主电路设计（变压器、开关管、二极管、滤波电感、滤波电容）； 仿真分析（1，采用理想元器件分析性能指标的满足情况；2，评估所选元器件的合理性；3，理想元器件与实际元器件模型带来的性能指标差异性分析） 单端正激D2D性能指标 DC-DC变换器性能指标： 输入电压：36-72 VDC（额定48V） 输出性能： 额定输出电压 Vout 15VDC 输出电流纹波 Vout(p-p) 30mV 额定负载电流 Iout 2A，在负载电流大于0.2A时，电感电流工作于CCM。 其他性能： 开关频率 100kHz * * SMT元件典型值在2~8nH。radial引线型电容在10nH～30nH，螺旋端子电容20~50nH，轴向引线型低于200nH。出头位置和固有电感，电介质接触几何形状灯的电感。电容单元典型电感小于2nH。 * 第二章 DC-DC电路(Buck)的设计与仿真 DC-DC电路(Buck)的设计与仿真 开环设计； 开环仿真（瞬态）、分析与模型细化； 闭环设计与仿真； 闭环仿真； 元件级设计与仿真。 一 Bu