开关电源模型-滤波电容
电路一点通 2025-04-07

我们用上一次讲了用ADS如果模拟一个理想的开关,这次我们就用这个模型来重新修正下我们在《开关电源中滤波电容》之前提到过的那个开关电源模型。之前只是为了说明滤波电容的作用,将开关电源模型简化到不能再简化,这次通过加入开关模型使开关电源与实际更接近。(仍然很简化,不过后面会慢慢深入,一步步逼近现实)

还是那个例子:

有一个降压型开关电源,输入电压20V,输出电压10V,负载电流5A,开关频率是200KHz。

根据应用条件和开关电源的理论知识,我们得到了那个简化到不能再简化的原理图,仿真结果为:

这里我们做两点改进:

①实际的开关电源是由PWM信号来控制直流输入电压的通断,而不是上图直接用PWM信号来提供输入。

②实际负载芯片在工作中由于不同的业务,每时每刻Mos管翻转的数量都不一样,导致负载阻抗会在一定范围内变化,根据输出电压10V和负载电流5A,得到平均负载阻抗为2ohm,假设动态范围为1ohm-3ohm,Mos翻转频率为2MHz,也就是周期0.5usec。(其实,动态的负载也可以用开关加电流源或电流源加噪声的形式模拟,这里为了容易理解就采用了电阻的形式。如果要模拟真实芯片的负载情况,可以采用spice模型,但是一般厂家不会提供,因为spice模型容易泄露芯片厂家的知识产权,另一种方法是我们可以用测试出来的动态电流数据加入到仿真中)@电路一点通

改进后的原理图如下:

仿真结果如下:

从图中可以看出输入电压为20V,输出电压稳定后为10V,但是有电源纹波和噪声。纹波是由于开关电源的开关变化引起的,噪声是由于负载的动态变化引起的。有兴趣的同学可以仿真多个负载,每个负载动态电流不一样的情况。结合之前讲的去耦电容的原理,试试看怎么添加去偶电容可以把负载之间进行隔离,怎样去掉高频噪声,以及什么样的电容配比最优。

再仔细看上面的原理图,相比之前那个简单的,这里除了多了几个开关,还多了一个二极管,这个二极管非常重要,这个需要后面将开关电源的原理时详细说明。好了,今天就到这了。


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