具有隔离DC-DC降压变换器仿真设计 .pdfVIP

具有隔离的DC-DC降压变换器的仿真设计

1.设计要求

输入电压：U=100±20V；

IN

输出电压：U=12V；

O

输出电压纹波：ΔU70mV；

输出功率：P=12W；

O



效率：78%；

半载切满载，满载切半载，输出电压变化小于200mV；

10%负载切半载，半载切10%负载，输出电压变化小于200mV；

负载调整率小于1%；

变换器带有隔离环节；

2.开环参数设计

根据输入输出电压值和要求带有隔离环节，本文采用正激变换器。为了便于

仿真，本文使用线性变压器，省略原端磁复位结构。设定变压器匝数比为4，由

N

U2DU，得开环占空比D=0.48。

ONIN

1

UT

让电路工作在电流连续模式，由公式IiD(1D)1A，求出电感最小

LC2L

(1D)T2

值31.2uH，取电感值为48uH；由公式UU70mV，求出电容最

O8LCO

小值为27.8uF，取电容值为60uF。

观察开环仿真输出，纹波峰峰值约为25mV，小于70mV，满足要求。纹波

波形如图所示：

3.闭环系统PID方案的参数设计和仿真

闭环系统框图如下：

Vref+×GsGsGsVo

c()m()vd()

-

Hs

()

其中，G(s)为控制器的传递函数，G(s)为幅值等于1的三角波比较器传递

cm

函数，因为直接把输出电压反馈回系统，所以H(s)=1。由于开关电源是一个线性

与非线性相结合的综合系统，研究起来比较困难，本文应用状态空间平均法来对

其中的buck电路拓扑进行小信号分析，不考虑“ESR零点”，得出buck电路的

小信号标准化模型为：G(s)1，由此可知系统的开环传递函数为

vd2

1sL/RsLC

11

G(s)UN。代入数据可以得到系统的开环传递函数

dIN2

V1sL/RsLC

RAMP

25

G(s)。此时，未校正的系统伯德图如下所示：

d926

2.8810s410s1

从图知开环系统的相角裕度为0.871度，为使系统有良好的相对稳定性，选

取剪切频率为开关频率的1/5，即20kHz。从图读出20kHz时增益为-5dB，选相

角裕度为50度，则20kHz处需要校正的相角为+49.