一種反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與仿真

開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間(即PWM控制),可以改變輸出電壓的大小和穩(wěn)定 磁芯中。當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，磁芯中存儲(chǔ)的能量通過(guò)變壓器釋放，加在負(fù)載上，同時(shí)為電容充電。當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，磁芯中的能量被釋放到晶體管中，同時(shí)電容向負(fù)載提供能量，維持輸出電壓穩(wěn)定。控制電路則負(fù)責(zé)控制開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。在進(jìn)行反激式開(kāi)關(guān)電源的仿真時(shí)，需要借助電路仿真軟件，如Multisim等。首先需要搭建電路模型，根據(jù)實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)進(jìn)行建模。然后設(shè)置仿真參數(shù)，如輸入電壓、負(fù)載電阻、開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間等。最后進(jìn)行仿真，觀察輸出電壓、電流、功率因數(shù)和效率等參數(shù)的變化情況。通過(guò)仿真，我們得到反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓穩(wěn)定，輸出電流隨負(fù)載變化而變化，功率因數(shù)和效率較高。這些結(jié)果說(shuō)明了反激式開(kāi)關(guān)電源具有較好的性能。在設(shè)計(jì)反激式開(kāi)關(guān)電源時(shí)，需要考慮多種因素。為了提高效率，應(yīng)選擇低功耗的元件，如開(kāi)關(guān)晶體管和磁性元件。為了防止浪涌電流對(duì)電路造成損害，應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路。為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，可以調(diào)整控制電路的參數(shù)，改變開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。為了提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用熱設(shè)計(jì)和反激式開(kāi)關(guān)電源具有較高的功率因數(shù)和效率，因此在許多領(lǐng)域得變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種圖1-a是反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-a中，負(fù)極性就會(huì)完全顛倒過(guò)來(lái)，圖1-b所示的電壓輸出波形基本上就是是純電阻負(fù)載，而圖1-b的負(fù)載是一個(gè)儲(chǔ)能濾波電容和一個(gè)電阻并級(jí)線圈輸出電壓uo相當(dāng)于被整流二極管和輸出電壓uo進(jìn)行限幅，剩余電壓幅值正好等于輸出電壓uo的最大值up,同時(shí)也等于變壓器次級(jí)線圈輸出電壓uo的半波平均值upa。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)的占空比為5時(shí)，變壓器次級(jí)線圈輸出電壓的平均值ua約等于電壓最大值up(用半波平均值upa代之)的二分之一；而流過(guò)負(fù)載的電流io(平均電流)正好等于流過(guò)變壓器次級(jí)線圈最大電流的四分之一。當(dāng)反激式開(kāi)關(guān)電源當(dāng)控制開(kāi)關(guān)的占空比為5時(shí)，電壓脈動(dòng)系數(shù)sv約等于2或大于2,而電流脈動(dòng)系數(shù)si約等于4。為了防止電源開(kāi)關(guān)管過(guò)壓擊，其占空比一般都取得小于5,此時(shí)，流開(kāi)始對(duì)已經(jīng)過(guò)去了的事件進(jìn)行反應(yīng)(即改變占空比),因此，反激式流變化的頻率或相位正好與取樣、調(diào)寬控制電路輸出電壓的延時(shí)特性在相位保持一致的時(shí)候，反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。這種情況在電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源中最容易出現(xiàn)。反激式開(kāi)關(guān)變壓器的過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流過(guò)大，容易產(chǎn)生磁飽和；另一方面是因?yàn)樽儔浩鞯妮敵龉β蚀笮?，需要通過(guò)調(diào)整變壓器鐵芯的氣隙和初級(jí)線圈的匝數(shù)，來(lái)調(diào)整變壓器初級(jí)線圈的電感量大小。因此，反激式開(kāi)關(guān)變壓并且漏感還會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，容易把開(kāi)關(guān)器件擊穿。反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，正反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源少用一個(gè)大儲(chǔ)能濾波電感，以及一個(gè)續(xù)流二極管，因此，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的體積要比正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的體積小，且成本也要降低。反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對(duì)于正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)要高很多，因此，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較低，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較小。由于這些優(yōu)點(diǎn)，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源在家電領(lǐng)域中還是被廣泛使用。反激式開(kāi)關(guān)電源是一種重要的電力電子設(shè)備，其作用是將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并通過(guò)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)控制輸出的電壓和電流。本文將分析反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理及Pspice仿真模反激式開(kāi)關(guān)電源主要由輸入濾波器、開(kāi)關(guān)管、變壓器和輸出整流濾波器組成。其工作原理是當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入直流電壓通過(guò)變壓器加到負(fù)載上；當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器二次側(cè)感應(yīng)出反向電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)整流濾波器向負(fù)載輸出直流電壓。Pspice是一款電路仿真軟件，可以模擬電路的各種性能指標(biāo)。下面介紹如何使用Pspice建立反激式開(kāi)關(guān)電源的仿真模型。首先在Pspice中新建一個(gè)電路圖，將所需的元件添加到電路圖中，并連接成反激式開(kāi)關(guān)電源的電路形式。其中，輸入濾波器可用電阻和電容表示，開(kāi)關(guān)管可用晶體管表示，變壓器可用電感元件表示，輸出整流濾波器可用二極管和電容表示。根據(jù)實(shí)際電路的要求，為各元件設(shè)置合適的參數(shù)。例如，輸入濾波器的電阻和電容值應(yīng)根據(jù)輸入電壓和電流的頻率進(jìn)行選擇；開(kāi)關(guān)管的晶體管類型和導(dǎo)通電阻應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用的開(kāi)關(guān)管型號(hào)設(shè)置；變壓器的電感值和匝數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際變壓器的參數(shù)設(shè)置；輸出整流濾波器的二極管類型和電容值應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓紋