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有关开关电源的小信号建模——写在“古道斜阳”之后
阅读: 11835 |  回复: 39 楼层直达

2005/10/06 15:55:16
1
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长

QQ截图20160321155901  高效、易用、便捷的电源调试助理——是德科技E36313A可编程直流电源测评

QQ截图20160321155901  【申请中】0成本的畅玩!PN8327 LED电源 免费试用


自从看了网友“古道斜阳”的——话题:几篇关于小信号建模的文章——之后,我认真做了一些建模工作,旨在理解和验证建模方法的准确性,当然我的毕业设计跟这个有很大关系啦.
开始这个话题之前,首先感谢guoguo的提醒.话不多说啦....
我关注重点在升压直流转换器(Boost DC-DC Converter),所有的建模工作都是针对Boost,但是,结论适合Buck,Buck-Boost(欢迎大家验证).

说到开关电源的小信号建模,我们不得不提到一个鼻祖级人物——R.D. Middlebrook,就是他提出的平均状态空间法.Robert W. Erickson所著的《Fundamentals of Power Electronics》里所介绍的模型都是基于这种方法建立的.论坛里可以找到这本书的电子版.

下面介绍USIM(Unified Switched Inductor Model)模型,这种模型是在平均状态空间法基础上发展起来的.之所以谈到它,是因为它把平均状态空间方法工程化了,就是把开关和电感做成了模块,用来仿真平均电压、电流.
上传几篇文章,用Spice和Matlab建模.有兴趣大家可以尝试.
A unified SPICE compatible average model of PWM converters
1128584692.pdf
A unified model of current feedback in switch mode converters
1128584735.pdf
A unified approach to teaching feedback in electronic circuits courses
1128584773.pdf
Average modeling, analysis and simulation of current shared DC-DC converters
1128584819.pdf
Average models as tools for studying the dynamics of switch mode DC-DC converters
1128584847.pdf
Average simulation of PWM converters by direct implementation of behavioral relationships....
1128584920.pdf

有了以上这些,还不足以精确的指导我们的工程师设计系统,原因很简单,平均状态空间模型不够精确.Ridley在“Elimination of the positive zero in fixed frequency boost and flyback converters”1128584974.pdf中讲到了一种很特别的情况——前沿调制(Leading-Edge-Modulation),并且提出了离散平均模型(Discrete-Average-Model,我不清楚在他之前是否有人已经这么叫了).前沿调制是我的个人翻译,还有对应的后沿调制(Trailing-Edge-Modulation).我们可以从下面的文章中得到更多的理解和认识.
Use of leading-edge modulation to transform boost and flyback converters into minimum-phase-zero systems
1128585075.pdf
Wing-Hung Ki. Signal Flow Graph in Loop Gain Analysis of DC-DC PWM CCM Switching Converters. IEEE Transactions on Circuits and Systems, June, 1998
这篇文章找不到了,希望网友能够上传.
这两篇文章提出了一个前面论文很难解释的问题:电压模反馈电路用前沿调制也能达到电流模反馈的效果.:-)

据个人经验:离散空间模型比较精确.
具有流行抑制功能的立体声耳机放大器 IO-Link数字输入集线器参考设计 面向 1000mA 空间受限类应用的同步降压稳压器
16 MHz超低功耗微控制器8通道10位ADC 基于汽车分流的±500A精密电流检测 具有超低 IQ 的 60V、100mA 双模同步降压稳压器
低功耗单边沿触发D型触发器5-SC70 -40至85 12V/48V汽车系统的双向DC-DC转换器 3.5 – 60V 2A 低静态电流降压转换器
2005/10/06 16:07:43
2
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
现在几乎不做电源了,所以没有接触最新的东西,说得不够或者错误的地方,大家谅解,敬请补充最新建模方法.
2005/10/08 12:51:29
3
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
单独发文没人理会
还是找古道斜阳兄吧
http://bbs.dianyuan.com/topic/4959

这个论坛的设计不错,挺人性化----但是我不知道怎么删除文章,乖乖
2005/10/08 21:27:14
4
开拓者1
电源币:0 | 积分:0 主题帖:25 | 回复帖:252
LV8
师长
我来顶一下
2005/10/08 22:46:28
5
斜阳古道
电源币:0 | 积分:0 主题帖:15 | 回复帖:151
LV6
团长
说到建模方法,其实工程师关注的是要得到一个较精确的模型,而不在于推导模型本身.呵呵,说这话,不知道各位是否赞成.
说到建模方法,其实目前我比较关注Ridley,这位先生同李泽元教授一起,结合了平均法与离散法的优点,也就是针对电流模式控制,先使用PWM开关模型建模电压外环,而后使用离散法来建模电流内环.
我觉得这个方法是有创新性的,结果可以精确到开关频率的一半.
平均法的最大缺点是物理意义不清楚,而PWM开关模型较好地解决了这一点.目前也只针对三种基本拓朴提出了各自的PWM开关模型.
如果各位仔细看过UNITRODE的环路方面文章的话,就能发现大量参考了这种建模方法.
你说到的开关流图建模方法其实就是平均法.
2005/10/09 13:28:48
7
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
是啊,我做毕设的时候就是苦于没有一个精确模型做指导,反馈环路很难调整,所以作了以上的学习和验证,当然走了很多弯路~~~~~呵呵.
Wing-Hung Ki的那片论文中给的传输函数,我直接拿来用了,很准!!当然,我比较懒,没有深入分析信号流图模型的推导过程....是不是平均法我就不清楚了.兄弟见谅!

非常同意查询各大公司的应用设计文档,受益匪浅的说.
2007/09/08 20:53:49
36
飘霜
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:23
LV3
排长
做开关电源的高手请加群40390374,一起切磋切磋!
2005/10/11 14:33:37
13
enno
电源币:0 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:43
LV4
连长
是,对我很有帮助
2005/10/09 09:17:31
6
freedom
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:9
LV1
士兵
鼓励一下,希望你再接再厉!
2005/10/09 13:30:34
8
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
我可能要离开这个坛子了,因为我在做LED :-(
谁知道好的LED坛子介绍给我啊!鞠躬先.
2005/10/10 09:21:37
9
shdoqi
电源币:0 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:95
LV6
团长
开关电源建模理论上是比较难的,不知楼上的老兄对一些理论的研究在实际中的指导作用怎么样,是否已到实用的理论基础,关注中.在工作中经常发现在对开关电源做理论研究和环路分析时很多仿真高手包括高学历者所建的模型根本牛头不对马嘴,本人能清晰开关电源工作的物理过程,也想在这块做些研究,但深感数学知识远远不够,对在这块有建树的大侠表示敬佩.
2005/10/10 15:03:23
11
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
我做集成电路Boost DC-DC Converter的设计,用了USIM & Discrete Average Model做指导,设计补偿电路(PID,这个对DCM,CCM补偿起来还算广泛).所以,对这些模型的验证都是在仿真的基础上完成的,没有做系统验证.遗憾....

开关电源建模理论的推导确实有深度,比如Wing-Hung Ki,是香港科大的教授,整天埋头推导公式(据认识的人说),是我们这些人暂时无法匹敌的.
2007/06/28 20:09:05
30
skycloud
电源币:0 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:7
LV3
排长
请教kida兄:我准备做boost dc-dc,是新手.能否麻烦kida兄推荐一下针对boostdc-dc架构的小信号建模和系统稳定性设计方面的资料.资料太多,不知该看哪些东西,烦请指个方向.
不胜感谢.
2005/10/10 12:47:27
10
sunsusie
电源币:0 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:257
LV6
团长
强!请留步,不要走啊.
2005/10/11 11:12:47
12
walkerman68
电源币:0 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:149
LV5
营长
都是牛人,關注中.
2005/10/13 09:04:20
15
开拓者1
电源币:0 | 积分:0 主题帖:25 | 回复帖:252
LV8
师长
就是,顶一下,狂顶,下次再来关注
2005/10/12 22:19:07
14
forward
电源币:0 | 积分:0 主题帖:26 | 回复帖:121
LV5
营长
兄弟,你这种水平的人去做LED可是明珠暗投了!很快你就会觉得做LED太简单的.所以,建议你别走.
2005/10/13 15:32:24
16
fjm263
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:12
LV2
班长
老兄,虽然LED可是往后几年的香饽饽啊,可是做生不如做熟啊,但还是希望你更上一层楼拉
2005/10/14 16:18:51
17
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
大家应该注意到,我其实只不过是多看了几篇文章,写了代码,做了电路仿真,验证了一些模型.每个人都可以做到的.
我现在的工作是跟光有关,LED只是一小部分.以后如果还做电源的东西,肯定还要深入学习拉.
建议大家有问题多多请教“斜阳古道”兄.工作后再回到学校读书的人,往往更有造诣//thumb.
2006/05/14 10:51:05
18
nansir
电源币:37 | 积分:3 主题帖:5 | 回复帖:18
LV4
连长
感觉中国多些你们这样的人,电源发展肯定不会比老外差,顶之
2006/09/21 14:00:46
19
藏经阁
电源币:0 | 积分:0 主题帖:34 | 回复帖:249
LV7
旅长
感谢kida和斜阳古道,,,,,研究了一个月,,,眼睛都给看痛了,,,,,终于弄懂了怎样建立一些简单的开关电源小信号模型了,,,,真高兴,,,,大家如果要想搞懂这些问题,,,建议大家多看看国外的文献,,,,一些简单的托扑结构,,,国外几十年前就有了,,,,,现在国外主要对软开关的小信号建模比较关注,,,,, 最好是自己会建模,,,,要知道这些模型是怎么推出来的,,,这样在实际应用中才知道模型的优缺点,,,,,,仿真起来也比较方便,,,,,
2007/05/24 08:20:37
23
chernwenbin
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:16
LV4
连长
行行出状元,只要理论水平到位,又能灵活运用,转行也是很好的选择,起码多学点东西.学开关变换器建模,无非是学好高等数学跟线性代数,路还是要一步一步的走.我也是工作后再回到学校的^o^
2007/06/19 14:43:39
24
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
今天我回来了……带着一些忐忑……
离开坛子不到两年时间,很多同学发邮件给我,我很高兴,但是很多问题不是我能解决的,希望大家见晾.我会尽我的所能帮助大家.
求文章的话,去校园BBS,校园的同学们很乐意帮助各位的.我就曾求过文章,而且只提供了查找关键字,结果有个同学给我发了100多篇.真的很让我感动!
我现在在做光耦型高压功率器件,希望有志同道合的朋友一块探讨功率器件.
2017/02/07 11:53:21
40
诸侯
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:2
LV1
士兵
有谁知道这里面的flyback模型怎么写程序的吗?求教 !

2007/03/23 20:51:50
20
bracelet5460
电源币:0 | 积分:0 主题帖:10 | 回复帖:27
LV4
连长
Wing-Hung Ki. Signal Flow Graph in Loop Gain Analysis of DC-DC PWM CCM Switching Converters. IEEE Transactions on Circuits and Systems, June, 1998
已经找到1174654304.pdf
2007/05/12 00:10:18
21
jml2008yd
电源币:0 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:16
LV2
班长
ding
2007/05/21 12:15:46
22
wapboy
电源币:0 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:165
LV5
营长
******
2007/06/19 15:24:19
25
hysman
电源币:0 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:396
LV6
团长
哈哈,Kida二年后再回首,现在“光耦型高压功率器件”作的成就如何?
2007/06/25 11:27:32
26
zzww2020
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:48
LV3
排长
求《Fundamentals of Power Electronics》.或那位DX告知那里可下.
2007/06/27 20:47:20
27
kida
电源币:18 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:28
LV4
连长
坛子里有下载,但是以前记的连接已经不存在了
2007/06/28 19:52:29
28
skycloud
电源币:0 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:7
LV3
排长
搜索 “Fundamentals of Power Electronics完整电子版(非课件) ”标题.
我今天刚下载过.
2007/06/28 19:57:00
29
skycloud
电源币:0 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:7
LV3
排长
感谢kida和斜阳古道.两位发起了一个很好的话题,也给出了很好的回复,共享了很多有针对性的资料.
2007/06/28 20:23:19
31
skycloud
电源币:0 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:7
LV3
排长
请教kida兄:我准备做boost dc-dc,是新手.能否麻烦kida兄推荐一下针对boostdc-dc架构的小信号建模和系统稳定性设计方面的资料.资料太多,不知该看哪些东西,烦请指个方向.
不胜感谢.
2007/06/29 12:54:01
32
jml2008yd
电源币:0 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:16
LV2
班长
你好,我最近在做buck电路的双闭环工程法设计,不知道你有没有这方面的资料,有的话给我发份啊.我的email:jml2008@88mail.ysu.edu.cn谢谢了
2007/08/20 10:23:13
33
szdingying
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:69
LV4
连长
欢迎从事电源 适配器 充电器 节能灯 镇流器等朋友加入本群 做技术 业务方面交流 加入本群的请改群名片 Q群36431592
2007/08/27 18:24:33
34
yuanzhijunj
电源币:0 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:71
LV4
连长
留個腳印慢慢看看!
2007/08/28 17:14:26
35
hotlip1
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
请问有谁有ridley的博士论文,能提供下载吗?谢谢!
2010/05/31 15:30:14
37
huyonhang
电源币:0 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:42
LV4
连长
ding
2010/06/01 09:01:15
38
雪山无痕
电源币:45 | 积分:0 主题帖:74 | 回复帖:811
LV9
军长
这部分研究的较少
2011/12/27 21:16:17
39
benbenbear
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:12
LV2
班长
pwm电压型的芯片(内部产生的锯齿波,传递函数是1/Vm,Vm是锯齿波的幅值),但我这个芯片的占空比输出与输入电压前馈有关,这部分小信号怎么求?请各位多多指教。
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