高可信DC-DC变换器建模及仿真研究

发布时间：2020-04-28 21:04

【摘要】：随着开关电源功率等级的提高和开关频率的逐步提升,对电源可靠性的要求越来越高。仿真是开关电源从参数设计到实际样机之间的重要环节,仿真模型的不精确会带来实验调试时间长、反复测试数据、器件调整增加预算等一系列问题。因此有必要提高仿真的可信度,实现预先高可信评估。本文以Buck变换器为研究对象,研究了由于器件寄生参数、PCB走线寄生参数和不可控因素(工艺水平、温度、电应力等)引起的变换器特性发生改变的现象。建立了Buck变换器中主要器件的实际仿真模型,对考虑器件实际参数的Buck变换器进行仿真建模分析,避免了实际过程中由于器件参数特性影响变换器的工作性能,为器件选型提供参考依据。基于包含器件实际模型的Buck变换器仿真电路,提取PCB走线寄生参数,逐步叠加主电路和控制回路的PCB寄生参数进行了仿真分析,从而得到PCB走线寄生参数对Buck变换器影响情况的相关规律。提出的分块建模分析方法可以定位对变换器稳定性起主要影响的PCB走线寄生参数点,并可求解寄生参数取值范围,为PCB设计提供参考依据。针对精确考虑寄生参数的Buck变换器,本文提出了一种基于等效电路建模方法和能量守恒建模方法的Buck变换器建模方法,并在此基础上推导出大信号模型、直流模型和小信号模型。通过仿真验证了建模方法的有效性。最后,利用Monte Carlo分析方法作灵敏度分析,研究元件参数值漂移对Buck变换器输出特性和环路稳定性的影响,得到了相关规律。本文通过仿真和实验验证了理论分析的正确性与工程实践的可行性。最终实验结果与仿真结果非常接近,解决了工程中常出现的DC-DC变换器仿真与实验差距较大的问题。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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本文编号：2643864