令CMD进行逻辑运算，得到输出到功率部分的开通/关断信号On/off，以及输出到软起动 模块的控制信号。当DC/DC起动时，软起动模块根据逻辑综合模块传过来的控制信号和输 入电压得到输出电压变化曲线（即软起动信号Soft-start)，该输出电压变化曲线直接控 制功率部分的输出电压，实现DC/DC软起动时输出电压缓慢上升这一特征的模拟。
[0060] 功率部分由动态输入模型、稳态模型、动态输出模型三部分组成，用于模拟DC/DC 变换器的稳态特性与动态特性。稳态模型考虑DC/DC变换器输入、输出之间的功率传递与 相互影响，反映DC/DC变换器稳态情况下的电压、电流、效率、输入电压调节、负载调节等特 征；动态输入模型模拟DC/DC变换器上电时的冲击电流；动态输出模型模拟DC/DC变换器 负载突变时的输出电压动态响应过程。
[0061] 图4所示为DC/DC变换器功能模型的详细框图，下边对图4所示各部分进行逐一 说明。
[0062] 控制逻辑部分
[0063] 1)控制信号：图5给出了DC/DC变换器的开通关断控制信号与输出电压的对应关 系。当变换器接收到开通信号后将会存在一定的延时，延时完成后收到软开通信号，输出电 压在开通时间内缓慢上升至稳态值；当变换器接收到关断信号时，DC/DC延时一定时间后 输出电压降为0。
[0064] 这里阐述一下控制信号如何对功率部分进行控制从而实现DC/DC变换器的模拟： 当DC/DC控制器接收到开通控制命令时，控制器首先通过逻辑综合模块判断DC/DC变换器 是否处于过流保护状态或过压保护状态。此时若不存在故障保护状态，则对开通信号进行 相应的延时（延时时间根据数据手册读出），最后得到的延时信号用于稳态模型的开通。
[0065] 这个过程可通过两种方式实现：一是在电路中加入一个理想开关，理想开关的开 通关断受延时信号直接控制，在开通信号下理想开关开通，DC/DC变换器工作并输出稳态电 压，在关断信号下理想开关关断，DC/DC变换器输出为0。二是直接用开通关断延时信号控 制Vn_、VllM、VWdS几个值，在开通信号下输出Vn_、Vline、计算值，在关断信号下令 ν_·、ν1ιηβ、υ?^*〇。
[0066] 关断控制命令下，模拟过程与开通控制命令下基本一致，不再赘述。
[0067] 2)保护功能：通过对DC/DC变换器输入电压、输出电流的检测与判断，实现变换器 的过压保护与过流保护功能，保护功能是进行系统稳定性分析不可缺少的一部分。
[0068] 过流保护功能与过压保护功能的实现参见前述内容，当控制逻辑部分判断DC/DC 变换器发生过流（过压）故障时，故障信号tripe(tripv)置低，则逻辑综合模块的输出结果 将是低电平，即发出了关断信号，关断信号经过延时后控制稳态模型输出电压为0。
[0069] 动态输入模型
[0070] 图6给出了添加动态输入/输出模型后的DC/DC变换器模型。一般DC/DC冲击电 流都是由输入端电容的充电造成的，可采用图6所示的RLC网络进行描述。输入动态模型 用于表现DC/DC的输入阻抗，输出动态模型用于表现DC/DC的输出阻抗。
[0071] 图7所示为DC/DC典型冲击电流示意图，其主要参数为：输入电压Vin;冲击电流峰 值I_k;由〇上升到冲击电流峰值I_k的时间t_k;电流从冲击电流峰值I_k下降到1/21_k 的时间tfall-t_k。根据以上参数可确定输入端R、L、C参数值，如公式（1)~（3):
[0075] 稳态模型
[0076] 如图8,一般地，DC/DC变换器的稳态输出电压与负载、输入电压均有关，如公式 (4)所示：
[0077]Vout=Vnorn+Vline-Vload (4)
[0078]Vn_代表DC/DC额定输出电压，Vline代表输入电压调节效应，V1￡^代表负载调节效 应，Vline(lineregulation)、VWd(loadregulation)这两个指标在DC/DC变换器的手册中 均会给出。
[0079] 从输入端来看，变换器所吸收的电流与输出功率、输入电压、变换器的效率均有 关，考虑变换器效率后，输入与输出的功率平衡可用公式（5)来表示：
[0080]
[0081] 其中，Iin、Vin、ν_、i^t、η分别表不输入电流、输入电压、输出电压、输出电流、转 换效率，公式（5)也体现了DC/DC变换器一个重要特性，即DC/DC变换器的负阻抗特性。
[0082] 在这里，要实现稳态模型的模拟，需要将Vn_、VllM、UPIιη建为受控源，其中需 要说明的是：
[0083] l)VllM为输入电压调节效应，代表的是负载不变的条件下，输入电压由允许的最 低值变到最高值时输出电压的变化值，这个值手册中会给出。例如Lambda公司的PH-S型 号的DC/DC变换器，当输入电压由10. 8V变化到13. 2V时，输出电压的变化幅值为20mV。
[0084] 2)VWdS负载调节效应，代表在输入电压不变的条件下，负载由空载变到满载时 输出电压的变化值，这个值手册中同样会给出。其模拟过程参考输入电压调节效应的模拟 过程。
[0085] 3)Ιιη为输入电流，根据公式（5)实时计算并将计算结果赋值给受控电流源。
[0086] 动态输出
[0087] 当负载电流发生突变时，DC/DC输出电压将呈现图9所示的动态调节过程。为描 述如图9所示的DC/DC变换器输出电压动态调节过程，添加了如图6所示的DC/DC输出动 态模型，由RLC网络模拟，其中输出电阻1?_由AU/ΔΙ来确定，AU为输出电压最大偏差， ΔI为输出电流最大偏差；输出电感影响输出电压达到最大偏差所经历的时间tpk;输 出电容(；ut则影响输出电压稳定时间t。。IU、L^、(；ut的值由具体的变换器参数决定。
[0088] 需要说明的是，DC/DC变换器的动态输入、动态输出两个环节并不受控制逻辑部分 的控制，控制逻辑部分直接对稳态环节进行控制。
[0089] 动态输入环节前端接的是电源端，动态输出环节后端接的是负载端。
【主权项】
1. 一种用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于包括： 控制逻辑部分，根据功率部分反馈的输入电压、输出电流信号判断DC/DC变换器的工 作状态，根据DC/DC变换器的控制命令与DC/DC变换器的工作状态进行逻辑判断，发送开通 /关断信号给功率部分，并在DC/DC变换器起动时输出软起动信号给功率部分； 功率部分，根据开通/关断信号和软起动信号控制输出电压、输入电流。2. 如权利要求1所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于控制逻辑 部分包括： 过流检测模块，对功率部分反馈的输出电流信号进行判断，当DC/DC变换器发生过流 故障时，过流检测模块输出过流信号； 过压检测模块，过压检测模块对功率部分反馈的输入电压信号进行判断，当DC/DC变 换器发生过压故障时，过压检测模块输出过压信号； 逻辑综合模块，将过压信号、过流信号与控制命令进行逻辑运算，得到开通/关断信号W及软起动模块的控制信号； 软起动模块，根据逻辑综合模块输出的控制信号和输入电压生成软起动信号。3. 如权利要求1所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于功率部分 由动态输入模型、稳态模型、动态输出模型Ξ部分组成，用于模拟DC/DC变换器的稳态特性 与动态特性，稳态模型考虑DC-DC变换器输入、输出之间的功率传递与相互影响，反映DC/ DC变换器稳态情况下的电压、电流、效率、输入电压调节、负载调节等特征；动态输入模型 模拟DC/DC变换器上电时的冲击电流；动态输出模型模拟DC/DC变换器负载突变时的输出 电压动态响应过程。4. 如权利要求3所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于动态输入 模型由化C网络模拟，输入电阻、输入电感、输入电容分别表示为：其中Vi。表不输入电压，I表不冲击电流峰值，t表不电流由0上升到冲击电流峰 值Ipegk的时间；tW1表示电流从0上升到冲击电流峰值Ipwk再下降到1/21pegk的时间。5. 如权利要求3所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于DC-DC变 换器的输出电压表不为： V〇ut= Vn"m+Vlme-Vload (4) V。。?代表DC/DC变换器额定输出电压，V11。。代表输入电压调节效应，Vhgd代表负载调节 效应。6. 如权利要求3所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于稳态模型 中，DC/DC变换器额定输出电压V。。^、输入电压调节效应Vii。。、负载调节效应Vhgd和输入电 流Ii。^受控源形式表示。7. 如权利要求3所述的用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，其特征在于动态输出 模型由化C网络模拟，输出电阻R。。,由Δυ/ΔΙ来确定，其中Δυ为输出电压最大偏差，ΔΙ 为输出电流最大偏差；输出电感L。。,影响输出电压达到最大偏差所经历的时间；输出电容 C。。,影响输出电压稳定时间，输出电阻R。。,、输出电感L。。,、输出电容C。。,的值由具体的变换器 参数决定。
【专利摘要】本发明公开一种用于系统仿真的DC-DC变换器功能模型，包括：控制逻辑部分，根据功率部分反馈的输入电压、输出电流信号判断DC/DC变换器的工作状态，根据DC/DC变换器的控制命令与DC/DC变换器的工作状态进行逻辑判断，发送开通/关断信号给功率部分，并在DC/DC变换器起动时输出软起动信号给功率部分；功率部分，根据开通/关断信号和软起动信号控制输出电压、输入电流。本发明不基于开关变换器的拓扑结构、控制方式和参数取值等信息的获取，可反映DC/DC变换器的稳态性能，能反应输入电压、负载、输入电压调节效应等对开关变换器性能的影响，包含开关变换器的软起动特性、过压保护、过流保护等功能。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105243171
【申请号】CN201510349543
【发明人】舒德华, 赵玉磊, 袁渊明, 秦剑华, 王莉
【申请人】山东航天电子技术研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年6月22日