一种基于正激变换器的开关电源设计方法

现利用上述方法，设计一个双管正激型开关稳压电源，要求输入电压为48vdc，输入变化范围为±5%，输出电压为12vdc，输出电压纹波范围为1v，输出电流为5a，开关频率为50khz。

(1) 主电路参数计算

选取双管正激电路作为开关稳压电源的主电路，如图5所示。其工作原理与单管正激变换器相同，只是这里的两个开关管同时导通和关断，且因为有vda、vdb，不需另外的复位电路。控制电路则采用简单的电压控制模式。

图5 双管正激变换器主电路

这里可以直接用正激变换器的公式计算其参数。由设计要求可知t=1/f=20μs，r=vo/io=2.4ω，iomin=11.5v/2.4ω=4.79a。由于双管正激电路占空比最大只能为0.5，因此可以选取当输入为45.6v(输入电压最小)时，占空比为0.45，然后由式(5)算出变压器的变比为7/4，由式(6)求出电感l=13μh，根据式(7)解出电容c=25μf。

(2) 控制电路参数计算

开关电源采用占空比控制方式，可分为电压模式控制和电流模式控制两大类。电压模式控制仅有一个电压控制环，电流模式控制中还存在电流内环。这里采用电压模式控制，如图6所示，运算放大器u1为电压控制器，运算放大器u2为比较器。其控制原理为，取样于输出电压的反馈电压uf与给定电压v3相比较，经过比例积分环节，输出电压再与锯齿波v1比较，产生一个pwm波，去驱动开关管。

图6 开关稳压电源的控制电路

控制电路采用pi电压调节器，需要确定的参数有c2、r3和r2，还有输出采样电阻。选取取样电压为输出电压的1/6，取样电阻的值最后根据调试结果确定。根据不同要求的输出电压，调节可变电阻r6，以获得相应的给定电压。取截止频率为开关频率的1/20，即τ=0.0004s。取r2=10kω，先取放大倍数kp=10，则r3=100kω，c2=τ/r3=40pf。

5 仿真试验

将设计的开关电源用pspice进行仿真，首先在pspice下绘制电气原理图，仿真电路如图7所示。再按上述步骤进行参数设计，最后进行仿真试验和电路调试，由于仿真试验的主要目的在于参数的确定和调试，因此，为简便起见可暂不考虑保护电路的作用。调试后的各参数最佳值见图7。

图7 开关稳压电源电路原理图

将图7所示的开关电源控制电路图用pspice进行仿真，并进行暂态时域分析，仿真时间设为2ms。仿真输出波形如图8所示:

图8 vi=45v时的pwm波形、输出电压和取样电压波形

图9 vi=48v时的pwm波形和输出电压

从图8可以看出，其输出电压和反馈电压均满足设计要求。

从图9和10可以看到，虽然输入电压发生了变化，但该系统能实现对占空比的自动调节，使其输出电压稳定在所要求的12v，而且输出纹波和稳定时间均满足设计要求。

图10 vi=51v时的输出电压波形图

6 结束语

本文通过对正激变换电路进行等效变换，将基本buck变换器的参数计算公式推广到一类正激变换电路的参数设计，并采用pspice仿真软件进行正激变换器的仿真试验，仿真结果表明了所推导公式是正确的。进而对开关电源进行了pspice仿真、调试，证明了所推导的正激变换器参数计算公式适用于所有隔离型buck变换电路。