W pracy przedstawiono wyniki analiz komputerowych przetwornicy SEPIC przy wykorzystaniu uśrednienionych modeli łącznika diodowo-tranzystorowego dla programu SPICE. Opisano postać zastosowanych modeli oraz sposób wykonywania obliczeń przy ich wykorzystaniu. Porównano czasy trwania obliczeń realizowanych przy zastosowaniu poszczególnych modeli, a uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów.
EN
The paper presents the results of computer analyzes of the SEPIC converter obtained using the average models of the diode-transistor switch dedicated for the SPICE program. The form of used models and procedure of calculations using this models are described. The time duration of calculations performed using described models were compared, and the obtained results of calculations were compared with the results of measurements.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono przykłady aplikacji modeli uśrednionych w symulacjach PSPICE impulsowych przetwornic napięcia. Zaprezentowano wyniki symulacji stanów przejściowych w przetwornicy typu BUCK oraz jej charakterystyk częstotliwościowych. Porównano wyniki otrzymane po zastosowaniu modelu kompletnego (para przełączników i generator PWM) oraz wielko- i małosygnałowych modeli uśrednionych.
EN
The article presents examples of applications of averaged models in PSPICE simulations of power converters. The results of simulation of transients in the BUCK converter and its frequency characteristics are shown. A comparison of the results obtained for the complete model (a pair of switches and PWM generator) and large- and small-signal averaged models has been performed.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Impulsowe przetwornice napięcia stałego są obszerną grupą układów energoelektronicznych. Jednym z podstawowych zagadnień w analizie i projektowaniu tych układów jest tworzenie opisów (modeli) bloków głównych, przydatnych do projektowania bloków sterujących. Techniki opisu omawiane w pracy odnoszą się bezpośrednio do bloków głównych impulsowych przetwornic napięcia stałego z modulacją szerokości impulsów (PWM), ze stałą częstotliwością kluczowania, ale mogą być też użyte w opisie innych układów energoelektronicznych. Typowe techniki opisu przetwornic opierają się na uśrednieniu przebiegów prądów i napięć na okres kluczowania. Istnieją dwie odmiany takich opisów oparte na uśrednieniu równań stanu oraz oparte na tworzeniu uśrednionego modelu zestawu idealnych przełączników. Są one uważane za równoważne, ale nie zawsze prowadzą do takich samych wyników. W pracy omówiono te techniki uśredniania, wskazując między innymi na pewne nieformalności, które mogą prowadzić do błędów. Zasygnalizowano inne możliwości tworzenia opisów przetwornic napięcia przydatnych w projektowaniu.
EN
DC-DC power converters are a broad class of power electronic circuits. Typical converter consists of a power stage and a control subcircuit. In the designing process of control subcircuit, the proper model of power stage should be used. The models of PWM DC-DC converters working with constant switching frequency, are discussed in the paper. Such models are formulated for currents and voltages averaged for switching period. There are two approaches to averaged model derivation: the state-space averaging and the application of averaged model of a switch pair. In the discussion of the above methods, some informalities in the creation of switch pair model, which may be a source of errors, are pointed out. Other possible approaches to the modeling of DC-DC converters are briefly outlined.
Praca dotyczy analizy dławikowych przetwornic PWM w stanie ustalonym. Zaproponowano zależności analityczne pozwalające na wyznaczenie wartości napięcia wyjściowego oraz sprawności przetwornic BOOST i BUCK. Uzyskano je przy wykorzystaniu metody modeli uśrednionych, uwzględniając skończone rezystancje włączenia i wyłączenia elementów półprzewodnikowych występujących w przetwornicy oraz rezystancji szeregowej dławika. Poprawność opracowanych zależności analitycznych zweryfikowano przez porównanie wyników obliczeń uzyskanych za pomocą tych wzorów oraz przy wykorzystaniu programu SPICE.
EN
This paper concerns the problem of the analysis of the PWM dc-dc choppers at the steady state. The new analytical dependencies allowing to calculate the output voltage and the efficiency of the BOOST and BUCK converters are proposed. These dependencies are based on the method of the average models of dc-dc converters, where the finite ON- state and OFF-state resistances of the transistor and the diode, as well as the series resistance of the inductor are taken into account. The correctness of the proposed dependences was verified by SPICE analysis.
Opisano sposób formułowania i postać uśrednionego elektrotermicznego, małosygnałowego modelu dławikowych przetwornic boost. Za pomocą tego modelu wyznaczono charakterystyki częstotliwościowe badanej przetwornicy dla różnych warunków chłodzenia elementów półprzewodnikowych, zawartych w tej przetwornicy. Na podstawie uzyskanych wyników obliczeń stwierdzono wzrost tłumienia składowej zmiennej napięcia wyjściowego rozważanej przetwornicy przy wzroście częstotliwości sygnału sterującego i przy wzroście rezystancji termicznej elementów półprzewodnikowych.
EN
In this paper the method of formulating the electrothermal small-signal averaged model of the boost converter for SPICE, as well as a final form of such model are presented and described in details. Using this model the frequency characteristics of the boost converter with the MOS transistor as the power switch at the various cooling conditions of semiconductor devices have been calculated and discussed. As results from investigations, increasing both the thermal resistance of the semiconductor devices and a frequency of the controlling signal result in decreasing the ripple voltage at the converter output.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaproponowano metodę wyznaczania charakterystyk przetwornic dc-dc w stanie ustalonym, przy uwzględnieniu samonagrzewania w elementach półprzewodnikowych. Proponowana metoda bazuje na koncepcji modeli uśrednionych i pozwala na wyznaczenie wartości napięcia wyjściowego i sprawności, a także istotnych z punktu widzenia niezawodności przetwornicy, temperatur wnętrza zawartych w niej tranzystorów i diod. W opracowanej metodzie, realizowanej przy wykorzystaniu programu SPICE, formułuje się cztery obwody. Pierwszy z nich stanowi sieć złożoną ze sterowanych źródeł napięciowych oraz rezystorów, której struktura wynika z opisanej w literaturze zasady formułowania uśrednionych modeli przetwornic. Drugi obwód zawiera szeregowo połączone tranzystor i diodę, opisane za pomocą modeli wbudowanych w programie SPICE oraz sterowane źródła napięciowe, modelujące wpływ temperatury na napięcie między zaciskami wyjściowymi włączonego tranzystora oraz spadek napięcia na diodzie spolaryzowanej w kierunku przewodzenia. Trzeci i czwarty obwód stanowią analogi elektryczne modeli termicznych tranzystora i diody. Przedstawiono sposób formułowania wymienionych obwodów na przykładzie dławikowych przetwornic buck oraz boost. Poprawność opracowanej metody zweryfikowano za pomocą klasycznej analizy stanów przejściowych, prowadzonej aż do uzyskania stanu ustalonego.
EN
The dc-dc choppers are the base components of switched voltage regulators. For the analysis of such a class of electronic circuits the classical transient analysis or the dc analysis with the use of averaged models of such converters is applied. The average models method makes it possible to obtain the characteristics of the considered converters at steady state in less calculation time than in the transient analysis method. The literature averaged models of dc-dc converters were elaborated by neglecting the selfheating phenomenon and nonlinear characteristics of semiconductor devices. In this paper a new method of calculating the dc-dc converters characteristics with PWM control in steady state with selfheating in semiconductor devices taken into account, is proposed. This method is based on the conception of the averaged models method and it enables the calculations of the values of such dc-dc converters parameters as the output voltage and the efficiency of the converter, as well as the inner temperatures of the diode and the transistor, which are important from the point of view of the reliability of the converters. In the elaborated method, realized with the use of SPICE, the averaged electrothermal model of dc-dc converter is formulated. This model consist of three kinds of circuits. The first one constitutes the electrical network composed of the controlled voltage sources and resistors. The structure of this circuit results from the principles of formulating the averaged models of dc-dc converters. The second kind of circuits includes the series connection of the transistor and the diode described with the use of built-in SPICE models of the considered devices and the contolled voltage sources, which model the temperature influence on the voltage across the switched-on semiconductor devices. The last circuits are the electrical analogues of the thermal models of the transistor and the diode. The method formulating the considered circuits on the example of buck and boost converters is presented. The correctness of the elaborated method was verified by comparing the calculation results considered methods is obtained, which proves the correctness of the proposed method.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.