一種隔離型反激式開關電源設計與仿真

王柏夫

摘要：反激式開關電源應用廣泛，在電子產品小型化、綠色環保、高能效發展趨勢下，體積及成本具有優勢的原邊反饋反激式開關電源得到大家的關注，本文設計及仿真驗證了一種反激式開關電源，驗證的電路的合理性及可靠性。

關鍵詞：反激式;隔離型;LTspice仿真

0引言

開關電源通過不同種類的拓撲結構，將標準電壓轉換為各種設備所需電壓，具有體積小，效率高和輸出穩定等特點，已經逐步發展為電子信息產業中不可或缺的電源設備[1]。反激式開關電源因其拓撲簡單，其成本低廉及電源模塊的體積小，在小功率應用場合被大量應用，如通訊、醫療、汽車電子、工業設備之中。

目前隔離型開關電源的反饋穩壓技術主要分為如表1所示四種，各種方案均具有相應的特點，原邊反激式開關電源控制器內部集成了開關器件、采樣電阻、比較電路等，使得芯片外圍電路更加簡單。在小型化、輕便話需求下，隨著各種新工藝、新技術的不斷問世，原邊反饋式反激式開關電源得到了大力發展，各種新器件被各大廠商研發出來。

無光耦反饋的隔離型反激式開關電源穩定性好，當前，開關電源芯片主要呈現以下兩個發展趨勢：高集成。隨著高壓集成電路的發展，功率器件和整流二極管集成進芯片內部，降低了功率分器件的成本[2]。在芯片的內部具有相應電路，這些電路可以實現芯片的保護功能，比如軟啟動、過流等功能，芯片內部集成的這些模塊，使得芯片的外圍電路得到簡化，工程師在使用芯片后不需要搭建復雜的電路，在芯片的外部引腳處只需要配置好阻容即可實現之前復雜電路的各種功能。甚至電感、變壓器、電容等器件都可以集成進芯片封裝。這樣做的好處是可以針對某一特定的電感或者變壓器進行精確設計，而緊湊的布線進一步減小了寄生參數可能引起的性能下降。

高可靠性的開關電源芯片一直以來都是各大廠商積極開發研究的方向，尤其是在目前開關電源的大量應用后，各大廠商研究的芯片性能不斷提升，很好的適應了時代的飛速發展，應對各種各樣的需求。主流廠商推出的高性能電源芯片譬如，PI（Power Integrations）公司推出的各種系列電源芯片TOPSwitch、LinkSwitch系列，其特性優秀及參考設計豐富，受到電源工程師的青睞，另外，安森美公司也具有性能優異的電源芯片，這些主流廠商的產品都是同類產品中具有代表性的開關電源芯片。

ADI公司的LT3573芯片不需要輔助繞組或光耦隔離器來的方式來獲得反饋信號進而控制輸出的穩定。本文基于此芯片進行反激式電源設計。

1電源設計要求及基本工作原理

ADI公司的LT3573反激式隔離電源控制器輸出功率高達7W，內部具有一個集成式1.25A NPN電源開關，基于此芯片設計一款15V轉15V隔離電源模塊，此電源模塊輸出電壓范圍在14V～16V，電源模塊功率6W，輸出電壓紋波小于100mV，電源模塊的效率在80%左右。

LT3573是專為原邊反饋隔離型反激式拓撲結構而設計的單片開關穩壓器件，反激式開關電源在開關管關斷期間，變壓器勵磁電感的儲能會通過變壓器的二次側釋放，這期間的變壓器二次側電壓與開關管導通期間電壓及極性相反，此時會產生感生電動勢在變壓器的一次側，此感生電動勢即反激電壓，LT3573通過檢測此電壓進行穩壓輸出閉環控制，輸出電壓用兩個電阻器編程。 和內置Q2將反射電壓變成電流，電流通過 流出，形成反饋電壓，反饋電壓與1.23V進行比較得到控制信號，進而調整占空比，占空比進行動態變化，使輸出電壓趨于預設值。如圖1所示。

3仿真驗證

LTSpice IV 是亞德諾半導體提供的免費電路圖模擬軟件，具有集成電路圖捕獲和波形觀測功能[3]。其混合使用Spice命令和電路圖以及海量無源和有源元件庫。該軟件還支持任何尺寸的電子電路和分層電路、甚至來自第三方來源的電路添加目前庫里尚未包含的組件。其能快速進行 SMPS 交互式仿真，且無元件或節點數目的限制。LTspice IV內置了 LT 公司新型 SPARSE 矩陣求解器，采用專有的并行處理方法，實現了對任務的高效并行處理[4]。本設計使用LTSpice IV 進行仿真。

在滿載情況下（輸入電壓為15V，輸出負載電阻為37.5歐姆），測試輸出電壓如圖2所示，測試結果為14.25V，在輕載情況下（輸入電壓為15V，輸出負載電阻為375歐姆），測試輸出電壓如圖3所示，測試結果為14.73V，均符合設計要求。

4結論

隨著仿真技術的發展，利用仿真軟件進行電路的仿真分析，可以直觀的觀測到電路中的關鍵點波形，仿真結果可以作為判斷電路設計是否合理的依據，方便、快捷的仿真分析可以降低開發設計驗證的時間，設計開發人員可以根據仿真波形進行電路的特性分析，比如功能、功耗、可靠性等方面，進而在實際調試中提供參考。將智能仿真技術應用在產品開發之中，可以在前期將電路進行仿真驗證，為硬件設計優化提供重要參考，避免了樣機試制后發現設計缺陷在進行改版的問題，從而節省開發成本，切實提升了產品設計的可靠性和安全性。在仿真工具的驗證下，本設計實現了預期設定目標。

參考文獻

[1]趙科技，張加勝，鄭長明，等一種雙Buck-Boost型直流變換 器的研究[J].計算機仿真，2020，37（5）：201-206

[2]陳曉亮.無光耦原邊反饋反激式開關電源的設計研究[D].廈門：廈門大學，2011：4-4

[3]賴聯有，陳僅星，許偉堅.基于LTspice IV的開關電源設計及仿真[J].通信電源技術，2010，27（1）：28-29.

[4]沙占友.開關穩壓器計算機輔助設計與仿真軟件的應用[M].北京：機械工業出版社，2008.