關於simplis仿真和驅動方法

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1.1.4 驅動線路(死區控制、隔離變壓器)
A.互補驅動(帶死區控制)
實現方式,UC3843的PWM輸出用邏輯非門芯片取反,然後利用RCD做死區,經驅動IC HIP2101(仿真軟件自帶驅動芯片模型),得到兩路帶死區的互補驅動信號PWM1和PWM2,如下圖所示:
 
該電路可用來做同步Buck,同步Boost,以及forward同步整流、flyback同步整流、有源嵌位驅動、不對稱半橋及其同步整流的驅動信號。

B.變壓器驅動
按照一般的驅動IC+隔離變壓器的思路,用軟件自帶的HIP2101(或者兩隻NPN、PNP對管構成的圖騰柱)+1:1:1變壓器(線圈電感取300uH~2mH之間均可):
 
 
仿真,就是要儘可能地重現實際電路的工作狀況,進一步,可以給隔離變壓器加上漏感、DCR等參數,該驅動線路可用於驅動LLC,移相全橋,Boost同步整流管,Buck等浮地的開關管。
1.1.5 誤差放大器(Type III) 在下面出現的仿真電路中,用到的所有誤差放大器均爲Type III(兼容Type I,Type II):
 

1.1.7 軟啓動控制

參照模塊電源軟啓動電路的常規做法,所有仿真的軟啓動控制均採用初級軟起+次級軟起的方式進行控制(軟啓動的控制方法有很多,有機會單獨討論)。 
 
大致闡述一下基本原理:以UC3843爲例(其他的控制IC原理大同小異),系統上電後,由於能量還沒有傳到副邊,此時首先由原邊控制軟啓動,即comp引腳電壓緩慢上升(芯片自帶或者外加控制線路實現該功能),對應的PWM佔空比從小到大慢慢展開,在很短的時間內(ms級)副邊的輔助電源電壓首先建立,此時運放、光耦開始工作,原邊軟起線路的使命完成,副邊軟啓動線路開始起作用,TLV431基準電壓與副邊輔助源電壓幾乎同時建立,而後該電壓通過一個RC(時間常數靈活可調)連接到誤差放大運放的同相端。同相端的時域波形如上圖綠色線所示,在環路參數合理的條件下,反相端的波形會跟隨同相端的波形(如上圖所示),而輸出電壓與反相端波形成正比,於是就實現了軟啓動。

1.2拓撲控制(均爲閉環控制)

1.2.1 有源鉗位正激及其同步整流控制(2015.11.20)
我接觸過的有源嵌位正激,其鉗位方式大致有兩類,分別是N管鉗位和P管鉗位(又叫做高端鉗位和低端鉗位):
  

先看低端鉗位:
A.拓撲----實際電路怎麼搭,在simplis中就怎麼畫。(當然了,所有的電源在設計之初都要經過一番仔細的計算,主要計算的項目包括:磁元件、功率器件應力、損耗分析等,算完之後就可以在仿真軟件正設定對應的參數了。正常情況下,仿真與計算的結果是大差不差的,如果偏差比較離譜,那說明您的仿真、計算,必有一個是錯的)  
仿真的第二個工程應用價值在產品開發的初期concept階段,可以與MathCAD的計算結果交互驗證。
B.控制時序----只要電路拓撲中的MOS管超過兩個(並聯的不算),就得考慮時序問題。通常,MOS導通的時序包括對稱、互補等,總結一句話就是死區控制。對於P管鉗位的有緣鉗位正激,先看鉗位管與主管的控制時序:
 
P管GS爲負壓時導通,所以要用如上圖所示的Cc和二極管處理一下,原理很簡單,當Out2爲高電平時,P管關斷,反之則導通。(其實無論N管鉗位還是P管鉗位,鉗位管與主管都是互補帶死區導通的關係)。
我們的關注點是如何產生兩個PWM信號,使得OUT2先於OUT1出高電平,而又滯後於OUT1出低電平,很簡單: 
 
C.同步整流控制方式,Active Clamp Forward同步整流的控制方式非常多,在專利檢索網站搜一下forward synchronization關鍵詞,不會少於10個同步整流控制方面的專利,但沒有哪種同步整流的控制方式是完美的,成本、性能、可靠性等因素的折中,當然,實際產品開發中可能還需要考慮專利規避的問題,這都是後話了。在這裏,只聊兩種沒有專利壁壘的同步整流的控制方式,一種是最簡單的自驅,另一種是基於死區控制的外驅動。
最簡單的自驅動同步整流方式:(優缺點網上一搜一大把,略)
 

基於死區控制的同步整流方式(如果排除成本的因素,這種方式幾乎可以應用於所有的PWM類變換器的同步整流,如非隔離的Buck、Boost、cuk、sepic,隔離的forward、flyback、半橋、全橋、PSFB等,至於諧振類變換器的同步整流方式,有點難搞,我亦沒有專門研究過)。原理同樣也很簡單,即在4樓1.1.4節的死區電路後面再加一個隔離變壓器驅動同步整流管,或者在該死區電路的前面加一個高速數字信號隔離器即可。
D.峯值電流模式(先討論電流模式,電壓模式以後有空再說)----主要涉及一個電流採樣的問題,常規的做法大致有兩種:一種是在主MOS的S對地加採樣電阻(若遇見大電流場合,需要用很小的採樣電阻,然後加一級運放放大,但這種方式對運放有着十分苛刻的要求),此時GS尖峯電流會引入進來,需要做好吸收;另一種是用電流互感器(若遇到大電流場合,互感器也是個麻煩事兒,可能需要定製)。
E.主控IC---一個良好的設計,不應該對器件有過高的要求,simplis中提供的IC模型只有幾個,但都很經典,用UC3843好了(本帖後面用到的所有PWM類變換器的仿真,幾乎都是在該芯片基礎上搭起來的)。

效果:
 Transient分析:
 
環路穩定性分析:
 

 

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