带载能力 - 电源转换模块LTC3780的工作性能仿真分析

　　带载能力

　　实现稳定的电源电压输出后 ，电源能带多大的负载才是最终的应用目的。在额定电压输入条件下 ，通过调整负载电流 ，对电源转换器进行带载能力仿真。当输出端为电阻性负载时 ，在 + 15V 额定电压输入条件下 ，分别仿真输出电流为最小值（假设为 10mA） 、50 %满载和满载时的输出电压为 + 27120V、+ 27104V 和 + 27100V ，可得 ：

　　负载调整率 =27120 - 27104/27104= 0159 %

　　可见转换输出电压对于电阻性负载具有较好的稳定性。通过仿真更多不同阻值负载时的输出情况 ，得到输出电流与输出电压和转换效率的关系曲线如图 9 所示。

　　从仿真结果可以看出 ，随着输出电流的减小 ，输出电压保持稳定 ，转换效率却逐渐下降 ;随着输出电流的增加 ，当输出电流超出最大输出电流设定值 1A 时 ，转换输出电压开始呈下降趋势 ，将不能得到标称输出电压值 ，但转换效率基本不变。从图中可以看出当输出电流为最小值时 ，即负载较大时的转换效率低于50% ，而当输出电流为 4A 时 ，即负载较小时只能得到 + 20V 的输出电压。可见负载大小对该电源转换模块的工作性能起决定性作用 ，所以当带载运行时负载一定要控制在设计指标内。

　　从图 9 还可以看出 ，当电源模块在四分之一满载至两倍满载条件下带载运行时都能实现理想的输出响应 ，但是负载越小对输出电压的拉低效应就会越明显。因为不管在升压模式还是降压模式中 ，都有一个最大检测电流限值 ，输出电流大小受限于一个内部电压基准 ，而基准电压与控制器电流控制门限引脚 Ith的电压成比例 ，该引脚的正常电压范围为 0V 至 214V。通过仿真发现 ，当输出电流处于正常水平时 ，输出电压达到稳定状态时电流控制门限引脚的电压就会降到一个较低的电压水平并稳定下来 ，而如果输出电流超出控制器设定的带载能力时 ，该引脚的电压就会处于一个较高的电压水平 （即引脚电压上限值） ，对输出电压产生一种拉低作用 ，导致输出电压的降低。在额定电压输入条件下 ，满载和 4 倍于满载 （输出电流为 4A） 时电流控制门限引脚的电压波形如图 10 （a） 和（b） 所示。

　　从以上仿真分析可以看出 ，对于纯电阻性负载 ，该电源转换模块能实现较高的转换效率 ，但是实际电路中往往会有感性或容性负载。为了得到该电源转换模块带容性负载的能力 ，在 + 15V 额定电压输入条件下 ，在输出端加上由电阻和电容串联组成的阻容负载 ，即构成一个电容充电电路 ，分别观察电源转换器的输出电压和电容端电压 ，其中电容为 015mF 的大容量电容 ，仿真结果如图 11 （a） 所示。从图中可看出 ，经过 80ms左右大容量电容充电至饱和状态 ，充电时间约为 6 倍时间常数。输出电压平衡时 ，电容端电压与电源转换器的输出电压都为 + 27110V ，电源转换器的输出电压与只带电阻性负载时相比有 011V 的抬升 ，但该偏差在容许误差范围内。而当输出端接一个 212mF 的大容量电容 ，即只加纯容性负载时 ，输出稳定时的电压为+ 27112V ，如图 11 （b） 所示 ，输出电压偏差也在容许的偏差范围内。可见 ，对于容性负载 ，该电源转换模块同样能够得到稳定的输出电压 ，容值的变化只是对输出电压的稳定时间有影响。

　　仿真结果分析

　　通过对电压转换能力的仿真发现 ，在带载条件下 ，对 + 6V～ + 31V 的输入电压 ，即使在转换过程中输入电压发生阶跃变化 ，该电源转换电路都能实现相对较高的转换效率和稳定的输出电压 ，但是对 + 6V 以下的输入电压实现的转换输出电压精度明显变低。

　　通过对带载能力的仿真发现 ，在不超过负载能力的前提下 ，不论对于阻性负载、阻容串联负载或容性负载 ，该电源转换电路都能得到理想的输出响应结果 ，输出电压具有较好的稳定性。

　　通过对该电源转换电路进行电压转换能力及带载能力仿真 ，实现了稳定的电压输出和较强的带载能力 ，并且具有较高的转换效率 ，获得较为理想的仿真结果。对于实际应用中的蓄电池供电电源 ，如果与该类电源转换模块结合使用 ，既能得到精度高、稳定性好的输出电压 ，同时又具有较高的转换效率 ，完全可以改善蓄电池的电压输出特性 ;转换模块的最大输出电流也可以通过改变设计参数来设定 ，可以实现低压大电流供电 ，能满足不同负载的应用要求。可见 ，把该类升压 —降压开关稳压控制器应用到实际电源转换系统将具有一定的应用前景。