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1、文献标识码：年月日第卷第期， 文章编号：（）研制开发基于 的开关电源仿真设计国伟，王立华（山东信息职业技术学院，山东 潍坊；山东科技大学 信息学院，山东 青岛）摘要：开关 源由于效率高、体 小、重量 等特点，广泛 用于工 生 、生活等 域。目前，仿真 在功率 器的 程中起着非常重要的作用，它可以大大 省 成本和提高 效率，而 仿真 件 力 子 路的分析和 提供了 有力的仿真 境。文章 用最 典型的 端 出式 流控制型 控制与 芯片一种反激式开关 源 路，并采用 件 行了仿真。关键词：开关 源；中图分类号： ，（，；，）：，：；文书#借鉴引言开关电源由于效率高、体积小、重量轻等特点，广泛应用于工
2、业生产、生活等领域。由于开关电源工作时，会产生强电磁干扰和噪声，若不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响到整机正常工作，因此选择合适的元件和合理的设计是必不可少的。目前，软件仿真在功率变换器的设计、分析中起着至关重要的作用，它可以大大节省设计成本，提高设计效率，而仿真软件具有速度高、用户界面好、能进行波形解析等优点，可为开关电源电路的分析和设计提供强有力的仿真环境。本文设计了一种反激式开关电源电路，采用 软件对该开关电源进行仿真验证。电路设计如图 所示为开关电源的电路原理图。图中 驱动选用最为典型的单端输出式电流控制型芯片 ，开关电源的输出为， 和。该电路可分为三部分：（）启动电
3、路，主要为 提供启动电压；（） 驱动电路，由 组成，收稿日期：作者简介：国 （），女，山 昌邑市人， ， 士，主要从事 算机 用及教学研究。主要功能是驱动 管为变压器线圈提供脉冲；（）直流输出电路。下面结合电路图对这三部分进行介绍。启动电路开关电源的启动电路由电阻 、，电容和二极管桥组成。其工作过程为交流输入电压经电阻、二极管桥和电容 输出较高的直流电压，此直流电压经电阻 给 提供启动电压。当电压达到时，芯片启动，开始工作并提供驱动脉冲。 控制与驱动电路 控制与驱动电路由电阻 ，电容 ，二极管 ，管 ，高频开关变压器和 组成。其工作过程：电路启动完成后， 的任务就完成了，由变压器 的第二初级线
4、圈经 与 整流后供电给 。变压器的第二初级 不仅给芯片供电，还起到电压反馈的作用，其输出经 与 整流和电容滤波后的电压正比于输出电压，故经 和 分压后送给芯片 的脚作为电压反馈信号，而脚是误差放大器的反相输入端；的脚和脚之间连接 和 起到改善误差放大器性能的增益和频率特性；电阻跨接在参考电压输出端脚和脚上，电容 一端接脚，一端接地，这是振荡电路外部固定的接法，电阻年月日第卷第期， 图由构成的开关电源电路 和电容 决定振荡器的工作频率，也就决定了输出的 信号的频率，可以计算图中电路的工作频率约为；经过 上的电流和流过变压器第一初级的电流及开关管 的电流相同，因此为电流取样电阻，其电压经 和 低通
5、滤波后送到 的电流检测比较器的输入端脚；从 第 二 初 级 得 到 的 电 压 反 馈 信 号 送 入内部误差放大器的反向输入端脚，误差放大器同向输入端在芯片得到的基准电压信号，经误差放大器后得误差放大信号，而 送到 内部电流检测比较器的输入端，电流检测比较器的另一端就是脚，脚接电流反馈信号，这就构成了双闭环系统；芯片的驱动能力较强，脚输出的 信号直接驱动场效应管 。二极管 、电阻 、电容 和二极管 、电阻、电容 组成两个消振衰减电路。第一个消振衰减电路主要用来消除功率开关变压器的漏磁而引起的上冲峰值电压，第二个消振衰减电路主要用来消除功率开关的电压、电流应力而引起的上冲峰值电压。引进上述消振
6、衰减电路后，功率开关管 输出电压波形中的正向和负向峰值较高的上冲脉冲电压信号基本上被消除和衰减掉了，使 的工作安全性和可靠性得到了极大的改善和提高，使开关稳压电源的电磁兼容性也得到了极大的改善和提高。直流输出电路直流输出电路由 ， ， ， 和组成。其工作过程为：在功率开关导通期间二极管不导通，在功率开关截止期间二极管导通，各次级线圈输出电压经二极管整流和电容滤波后向外输出稳定的电压。每个二极管两端都并联一个由电阻和电容组成的纹波消除电路，以吸收二极管在由导通到截止或由截止到导通的转换过程中因存在着一定的恢复时间而引起的纹波噪声。功率开关变压器的设计依据 应用方式，选定定时电阻 ，定时电容 。确
7、定开关频率 ，周期。设计单端控制开关电源时，一般占空比 最大不超过，这里选择，则： （）根据电源规格、输出功率、开关频率选择磁芯，磁芯截面积，磁路有效长度，饱和磁通密度。取变压器最大工作磁感应强度，则电感系数 为：（ ）（） 变压器初级线圈 匝数为：（）（）（） 式中， 为最小直流输入电压。交流输入电压的最小值约为， （）（），得出 匝，取 匝。初级级线圈电感。次级线圈 匝数为： （ ） （）式中：为整流二极管上的压降。取，代入式（）得 匝。次级线圈的电感为：（） 同理可得次级线圈匝数为匝，线圈电感为年 月日第国伟，等： 基于 的开关卷第 期电源仿真设计， ；次级线圈 匝数为 匝，线圈电感为。
8、开关管断开时，两端将会产生感应电动势，为了保证开关管正常工作，将感应电动势限制到。反馈线圈 向 提供的工作电压，按电容上的电压计算，以保证有足够的供电电压给 。由 （）可得匝。电路仿真及结果分析在仿真前，先对仿真波形中出现的电压符号做一下简要说明。：工频电压经整流、滤波后的电压。：启动电路中电阻两端的电压。：的输入电压。：的输出电压。：变压器初级线圈 的电压。：变压器初级线圈 的电压。：电流检测比较端的输入电压。：误差放大器输入端的输入电压。：变压器次级线圈 的输出电压。：变压器次级线圈 的输出电压。：变压器次级线圈 的输出电压。首先以交流输入电压为例对电路的启动过程进行仿真分析。如图所示为电
9、压、的波形图。分析可知，启动时电网电压通过电阻 给供电，之后电阻 失去作用。同时，可以看出 的输入电压维持在以上，可以保证 正常工作。、波形图。图所示为输入电压为 时的直流输出电压、波形图。图 、电压波形图图 时的直流输出电压、波形图图 时的直流输出电压、波形图图 、电压波形图图所示为电压、的 波形图。分析此图可知，启动后，从脚输出的驱动脉冲，管工作在导通 截止与截止图时的直流输出电压、 、波形图 导通状态，与此同时，变压器开始工作产生感应电压，由图 、图与图可知，在不同的输入电压下，的脚和脚也将有反馈电压输入。、的变化不大，同时各电压都保持在、下面将对开关电源电路在不同输入电压下的直流与左右
10、，因此可以看出此开关电源工作良输出电压、 、进行仿真分析。好，满足设计要求。下面以数据的形式作进一步说明。 图所示为输入电压为时的直流输出电压（下转第页）波形图。、 图所示为输入电压为时的直流输出电压年 月日第陈军： 大功率驱动卷第 期模块及其运用， 图 典型应用电路（直接模式）作，低电平时停止。而驱动模块的引脚必须接地。（）死区设置和驱动模块的死区时间均通过引脚、设置。不论在直接工作模式还是半桥工作模式下，都可以通过在引脚 、与地间并联电容器调整死区时间，且引脚 、不论在什么工作模式下，可以悬空，但一定不能接地。驱动模块只有在半桥模式下才能设置死区时间，直接工作模式时，引脚、必须接地。参考文
11、献： 公司双路 技术 和 驱动器 云南领跑科技大功率智能驱动模块使用手册 王兴媛，汪殿龙在驱动大功率 中的运用电子产品世界，：（上接第页）如表所示为在不同的输入电压下直流输出电压、的均方根值。由数据表知，在不同的输入电压下，输出电压的浮动范围非常小，进一步验证了该开关电源的稳定性和可靠性。表不同的输入电压下直流输出电压、的均方根值 结论本文采用电力电子仿真软件 对由单端输出式电流控制型 驱动芯片 构成的一种反激式开关电源进行了仿真分析和设计，通过对开关电源的启动电路、 控制与驱动电路、直流输出电路的多个参数的仿真结果来看，达到了设计的要求。参考文献： 王立华系列构成的 式开关电源的电路分析与维修通信电源技术，（）： 于鹏的一种仿真方法长春师范学院学报（自然科学版），（）： 程海龙基于 的电源变换器设计电源技术，（）： 皇金锋基于 的型变换器储能元件参数选择电源技术，（）： 华建军基于 断续导通模式的 变换器的建模与仿真研究电机与控制学报，（）： 洪 武 在电力电子技术教学中的应用实验科学与技术，（）： 张 波，曹丰文基于 集成控制器的电流模式开关电源设计电工电气，（）：