基于SABER軟件的反激式開關(guān)電源的仿真與研究

孟巧云

南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210016

0 引言

自70年代以來，高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源由于重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)已廣泛用于基礎(chǔ)直流電源、交流電源、各種工業(yè)電源、通信電源、逆變電源、計(jì)算機(jī)電源、UPS不間斷電源、醫(yī)療和雷達(dá)高壓電源等工業(yè)場合[1]。反激式開關(guān)電源拓?fù)渚褪情_關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一種，因其電路簡單、元件數(shù)量較少、成本相對(duì)較低、在200W以下的小功率供電電源中得到了廣泛運(yùn)用。

1 反激式開關(guān)電源主電路

反激式開關(guān)電源主電路如圖1所示：S開通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長，電感儲(chǔ)能增加; S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過N2繞組和VD向輸出端釋放。在此過程中變壓器可工作在電流連續(xù)模式（CCM）和電流不連續(xù)模式（DCM）之下[2]。

2 電路參數(shù)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)要求：輸入交流85V～264V，輸出5V，10A 頻率50kHz、電源工作在DCM模式下Dmax=0.4。

2.1 變壓器的設(shè)計(jì)

2.1.1 開環(huán)仿真

首先搭建變壓器所在拓?fù)涞碾娐罚谧畈焕O(shè)計(jì)工況下進(jìn)行開環(huán)仿真。此階段仿真主要調(diào)整并獲得變壓器初、次級(jí)最合適電感量，需要反復(fù)調(diào)整，再逐漸加上濾波和物理器件模型，最后獲得如下參數(shù)：變壓器初級(jí)最佳電感量lp、變壓器次級(jí)電感量、變壓器初級(jí)繞組上的電流波形，主要是峰值電流 Im。仿真電路如圖1所示。1）由次級(jí)平均電流求臨界連續(xù)時(shí)次級(jí)峰值電流及次級(jí)電感：

圖1 反激式變換器電路原理簡圖

2）在最壞工況最低DC110V電壓下用SABER中線性變壓器仿真，設(shè)定LS=1.5U，耦合系數(shù)K=0.98、PWM占空比設(shè)定為0.4，RZ=0.5歐姆、調(diào)整初級(jí)電感直至輸出5V。得到初級(jí)峰值電流I1m=2.3A初級(jí)電感LP=320u。

2.1.2 變壓器仿真

表1

調(diào)整電源電壓使B1初級(jí)回路的峰值電流剛好達(dá)到 lm=2.3A檢測此時(shí)B1的pp腳電壓。調(diào)整B2初級(jí)匝數(shù)使兩邊 pp 腳電壓達(dá)到同樣的值（即感抗相等電橋平衡），將氣隙調(diào)整后原邊96匝，次級(jí)6匝。

2.1.3 再次仿真

2.2 反饋電路設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)中，輸出電壓通過兩電阻分壓并經(jīng)TL431的內(nèi)部誤差放大器后，經(jīng)過光耦接UC3842的誤差放大器的腳1，而反向輸入端腳2直接接地，輸出電壓反饋直接聯(lián)接到腳1，而不是腳2，略過了UC3842的內(nèi)部誤差放大器，這使得電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，因?yàn)榉糯笃饔米餍盘?hào)傳輸時(shí)有一定的傳輸時(shí)間，輸出與輸入并不是同時(shí)建立，不用UC3842內(nèi)部誤差放大器，把反饋信號(hào)的傳輸縮短了一個(gè)放大器的傳輸時(shí)間，從而電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快[4]。

[1]朱娟娟.基于Saber的單相Boost電路仿真與設(shè)計(jì)[J].科技廣場，2007，11.

[2]ABRAHAMl.pressman，著.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社.

[3]趙修科主編.開關(guān)電源中磁性元器件.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院.

[4]何艷麗，陳鳴，王克城，侯建國.基于_UC3844的反激穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008(4).