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BUCK DC/DC變換器最優(yōu)化設計

作者: 時間:2010-08-06 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:為了出高性能的開關電源,選擇性能更為優(yōu)越的功率半導體器件,改進電路拓撲結構,選擇和改進控制電路的控制方式,優(yōu)化器件的排列布局等成為必然途徑。從 的基本工作原理著手,了主電路參數(shù),運用非線性規(guī)劃技術對該電路進行優(yōu)化,得到模型,然后運用ORCAD PSPICE軟件對電路進行仿真,仿真結果表明:運用設計所體現(xiàn)的優(yōu)越性明顯,提高電路設計質(zhì)量。
關鍵詞: /DC;約束條件;設計;仿真

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/180635.htm

隨著電力電子技術的不斷發(fā)展,要求開關電源具有更高的工作頻率、效率、工作密度、功率因數(shù)、可靠性、電路具有更小的體積和實用性。為了得到高性能的開關電源,研究者們在選擇性能更為優(yōu)越的功率半導體器件,改進電路拓撲結構,選擇和改進控制電路的控制方式,優(yōu)化器件的排列布局等方面做了大量的優(yōu)化設計工作,并且取得了許多卓有成效的成果。近年來,人們引入了功能強大的數(shù)學規(guī)劃方法來解決開關電源的最優(yōu)化設計問題,形成了開關電源的最優(yōu)設計技術,在目標值與約束條件都能用數(shù)學公式表達時,這種采用數(shù)學優(yōu)化方法得到的設計結果與傳統(tǒng)的設計方法相比,往往具有很強的優(yōu)越性,可提高開關電源的設計質(zhì)量,縮短設計周期,本文首先采用傳統(tǒng)方法對 的主電路參數(shù)進行了設計與器件的選擇,然后提出了設計的最優(yōu)化目標值和約束條件,從而利用數(shù)學規(guī)劃方法得到了該變換器的最優(yōu)化模型,對BUCK 變換器的最優(yōu)設計具有實際的指導意義。

1 BUCK 變換器工作原理及參量關系分析
輸入交流電壓(220V AC)經(jīng)整流濾波后變換為300 V DC,而用電設備所需要的直流電壓是多種多樣的,降壓型DC/DC變換器主電路(BUCK電路)是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管非隔離型直流變換器,是屬于開關電源中一種典型的電路,開關管一般都采用PWM控制方式。


圖l(a)所示為BUCK DC/DC變換器主電路,圖l(b)和圖l(c)給出了CCM下兩種工作模態(tài)的等效電路,圖1(d)為工作波形。由圖l(d)可知:

濾波電感L一般較大,為了減小電流紋波,從而減小濾波電容值,縮小體積,提高電源的功率。但在負載瞬態(tài)變化過程中,過大的濾波電感限制了能量的傳輸速度,負載瞬態(tài)變化所需要(或產(chǎn)生)的能量幾乎全部由濾波電容提供(或吸收),特別在大電流負載情況下,必須增加濾波電容(一般采用多個電容并聯(lián)以減小ESL和ESR),但其缺點是體積增大,電源功率減少。因此在實際的設計中要折衷考慮這兩個變量。


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