 |
Моделирование силовой части
|
|
|
|
Рис.2. Имитационная модель
Текст программы:
*SPS course work mosfet models
.SUBCKT irf840 1 2 3
**************************************
* Model Generated by MODPEX *
*Copyright(c) Symmetry Design Systems*
* All Rights Reserved *
* UNPUBLISHED LICENSED SOFTWARE *
* Contains Proprietary Information *
* Which is The Property of *
* SYMMETRY OR ITS LICENSORS *
*Commercial Use or Resale Restricted *
* by Symmetry License Agreement *
**************************************
* Model generated on Apr 2, 99
* MODEL FORMAT: SPICE3
* Symmetry POWER MOS Model (Version 1.0)
* External Node Designations
* Node 1 -> Drain
* Node 2 -> Gate
* Node 3 -> Source
M1 9 7 8 8 MM L=100u W=100u
* Default values used in MM:
* The voltage-dependent capacitances are
* not included. Other default values are:
* RS=0 RD=0 LD=0 CBD=0 CBS=0 CGBO=0
.MODEL MM NMOS LEVEL=1 IS=1e-32
+VTO=3.99 LAMBDA=0.000144225 KP=2.88036
+CGSO=6.42864e-06 CGDO=1e-11
RS 8 3 0.0001
D1 3 1 MD
.MODEL MD D IS=7.93539e-09 RS=0.020221 N=1.5 BV=400
+IBV=0.00025 EG=1.2 XTI=3.05954 TT=0
+CJO=5.57785e-10 VJ=5 M=0.688789 FC=0.5
RDS 3 1 1e+06
RD 9 1 0.485778
RG 2 7 2.63633
D2 4 5 MD1
* Default values used in MD1:
* RS=0 EG=1.11 XTI=3.0 TT=0
* BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD1 D IS=1e-32 N=50
+CJO=8.85779e-10 VJ=2.49436 M=0.9 FC=1e-08
D3 0 5 MD2
* Default values used in MD2:
* EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0
* BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD2 D IS=1e-10 N=0.510385 RS=3e-06
RL 5 10 1
FI2 7 9 VFI2 -1
VFI2 4 0 0
EV16 10 0 9 7 1
CAP 11 10 8.85779e-10
FI1 7 9 VFI1 -1
VFI1 11 6 0
RCAP 6 10 1
D4 0 6 MD3
* Default values used in MD3:
* EG=1.11 XTI=3.0 TT=0 CJO=0
* RS=0 BV=infinite IBV=1mA
.MODEL MD3 D IS=1e-10 N=0.510385
.ENDS irf840
**************************************
* Model Generated by MODPEX *
*Copyright(c) Symmetry Design Systems*
* All Rights Reserved *
* UNPUBLISHED LICENSED SOFTWARE *
* Contains Proprietary Information *
* Which is The Property of *
* SYMMETRY OR ITS LICENSORS *
*Commercial Use or Resale Restricted *
* by Symmetry License Agreement *
**************************************
* Model generated on Feb 4, 02
* MODEL FORMAT: SPICE3
.MODEL 10ctq150 d
+IS=1.63362e-06 RS=0.0221615 N=2 EG=0.6
+XTI=0.5 BV=150 IBV=5e-05 CJO=4.60092e-10
+VJ=0.759589 M=0.500823 FC=0.5 TT=1e-09
+KF=0 AF=1
************************************
.param Vs_min=380V
.param Vs_max=420V
.param T=2.5us
.param Ldop=1e-12H
.param gamma=0.75
*.param gamma=0.9
.param n=0.298
.param Rgate=5
.param ILFIC=20;
.param UCIC=48;
.param IW1IC=0;-50.012u
.param UC7IC={Vs_min/2}
.param UC8IC={Vs_min/2}
*.param Rn=4.8
.param Rn=48
V1 1 0 {Vs_min}
*V1 1 0 {Vs_min}
ViX1 1 30 dc 0
******************************
x1 30 5 2 irf840
x2 2 6 0 irf840
******************************
|
|
|
C10 1 3 3.3uF IC={UC7IC};{Vs/2}
C11 3 0 3.3uF IC={UC8IC};{Vs/2}
R15 1 3 43k
R16 3 0 43k
*******************************
L13 2 12 1m
F23 2 12 Vi23 0.2675
F33 2 12 Vi33 0.2675
********************************* W23
Ris3 19 0 10000k
E23 10 19 2 12 0.2675
Vi23 10 21 dc 0
R8 21 22 0.001
D9 22 9 10ctq150
********************************* W33
E33 19 24 2 12 0.2675
Vi33 25 24 dc 0
R9 25 26 0.001
D10 26 9 10ctq150
*********************************
Vdt 12 3 dc 0
D11 19 9 10ctq150
Lf 9 131 3.3uH IC={ILFIC}
Rl 131 13 10u
C12 13 19 22uF IC={UCIC}
R 13 19 {Rn}
C1112 13 19 2PF IC={UCIC}
C123112 13 19 10PF IC={UCIC}
************************************
Vg1 51 2 pulse(0 12 0 5n 5n {0.89*T} {2*T})
Vg2 61 0 pulse(0 12 {T} 5n 5n {0.89*T} {2*T})
Rg1 51 5 {Rgate}
Rg2 61 6 {Rgate}
.Option Gmin=1n ITL4=200 ABSTOL=10n
.tran 50n 1500u 50n 50n UIC
.probe
.end
Моделирование схемы проведём с реальными элементами. В качестве транзисторов выберем транзисторы IRF820. В качестве диодов возьмём модель 10CTQ150.
Рис. 3. Напряжение на нагрузке при максимальной мощности и минимальном напряжении питания.
Напряжение на выходе, а точнее на выходном конденсаторе меняется в зависимости от проводящего состояния силового ключа VT2. Когда ключ находится в проводящем состоянии: происходит передача энергии в нагрузку, через индуктивность L1 течет ток, выходная емкость С12 заряжается. Когда же ключ VT2 не проводит, энергия в нагрузку не передается, С12-разряжается.
Рис.4. Ток через диод D9
Ток через диод D9 идет когда в проводящем состоянии находится ключ VT2,
и спадает до 0 когда ключ VT2 перестает проводить и энергия от источника не передается в нагрузку.
Рис.5 Ток через диод D11
Ток через диод VD11 идет всякий раз, когда закрыты диоды VD9, VD10 и ток индуктивности L1 замыкается через - выходную емкость C12 в параллель с Rn, диод VD11, индуктивность L1.
Рис.6 Потери в транзисторе.
Потери в транзисторе обусловлены потерями в проводящем состоянии и потерями при коммутации.
Как видно из рисунка 6, Pstatic=3.7Вт, Pon=0.421Вт, Poff=0.512 Вт, Psum=4.633 Вт. При максимальной мощности отдаваемой в нагрузку 480Вт.
Рис. 7 Потери в диоде VD9.
Pпот_VD9=4.936 Вт
Потери в диоде обусловлены потерями в проводящем состоянии и потерями при коммутации.
|
|
|
Рис.8. Потери в диоде VD11.
Pпот_VD11=0.130 Вт
Потери в диоде обусловлены потерями в проводящем состоянии и потерями при коммутации.
Коэффициент полезного действия будет равен:
Рис.9. Ток дросселя при минимальной мощности, отдаваемой в нагрузку и максимальном напряжении питания.
Ток дросселя: во время первого такта, когда диоды VD9, VD10 открыты и транзистор VT2 находится в проводящем состоянии, к дросселю L1 приложено напряжение 
, ток в индуктивности линейно нарастает. Когда же диоды VD9, VD10 закрыты, а диод VD11 открыт- ток в дросселе линейно спадает так как к нему приложено напряжение 
.
Рис.10. Напряжение на нагрузке при минимальной мощности, отдаваемой в нагрузку и максимальном напряжении питания.
Здесь процессы аналогичны процессам описанным выше для напряжения на нагрузке при максимальной мощности и минимальном напряжении питания (рис.1), только в этом случае среднее значение выходного напряжения меньше..
Рис. 11. Напряжение на транзисторе VT3.
Система управления
Управление преобразователем осуществляется ШИМ-контроллером UC2825 (рис.12),а с помощью обратной связи по току и по напряжению осуществляется стабилизация выходного напряжения и защита от перегрузок по току. Поддержание заданного выходного напряжения достигается изменением длительности проводящего состояния силового ключа. Защиту от перегрузок обеспечивает обратная связь по току, реализованная на основе трансформатора тока, включенного последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора.
Рис.12. Структурная схема контроллера UC2825.
Микросхема Шим-контроллера UC2825 разработана специально для импульсных ИВП с высокой частотой переключения. Контроллер преднозначен для систем, работающих с обратной связью по току и по напряжению с возможностью отслеживать возмущающих воздействий входного напряжения. Схема защиты включает в себя компаратор токового ограничителя с пороговым напряжением равным 1В, ТТЛ-совместимый порт отключения и вход «мягкого» запуска, который тоже позволяет обеспечить фиксацию максимального значения рабочего цикла. Логическая схема включает в себя ШИМ-фиксатор для предотвращения неустойчивой синхронизации и дрожания импульсов, а так же для исключения вероятности появления на выходе сдвоенных импульсов или импульсных пакетов. Схема блокировки микросхемы при недопустимо низком входном напряжении имеет гистерезис равный 800мВ, что обеспечивает низкий пусковой ток. В случае блокировки микросхемы при понижении входного напряжения выход переключается в высокоимпедансное состояние.
|
|
|
Микросхема ШИМ-контроллера имеет два квазикомплементарных выходных каскада, рассчитанных на значительные броски тока.
|
|
|
