单端反激式开关电源的设计及仿真研究

的长度

式中：Ae为磁芯的有效面积，代入数值计算得到lg=0.06cm。即在磁芯中心柱打磨出长度为0.06cm的气隙，或在磁芯外侧磁芯柱各打磨0.03cm的气隙。

（7）计算原边绕组的匝数

原边绕组匝数的计算有两个计算公式：式（6）、式（7），通常取原边绕组的匝数为两个计算公式分别计算的原边绕组匝数的平均值。

计算出原边绕组的匝数为52匝。

（8）计算副边绕组的匝数

副边绕组匝数按输入最小电压，导通的占空比最大进行计算。因为

式中：Ns——副边绕组的匝数；UD——整流二极管的正向压降，取1V；Uo——副边绕组的输出电压。
整理公式（8）可以得到：

经计算得：

输出电压为24V时，匝，取Ns=10匝；

输出电压为15V时，匝，取Ns=6匝；

输出电压为5V时，匝，取Ns=3匝。

3.2电压反馈环的设计

电压反馈电路有四种基本的类型：基本反馈电路；改进型基本反馈电路；配稳压管的光耦反馈电路；配TL431的精密光耦反馈电路。四种基本反馈电路的分析比较如表1所示。

表1各种电压反馈电路的比较

在本设计中，由于对电压调整率和负载调整率的要求较高，故采用配TL431的精密光耦反馈电路。配TL431的精密光耦反馈电路如图3所示。在配TL431的精密光耦反馈电路中，用TL431型可调式精密并联稳压器来代替稳压管，从而构成外部误差放大器，对输出电压进行调整。虽然该电路的电路比较复杂，但是该电路的稳压性能最佳。对于有多路输出的单片开关电源，除了把主输出作为主要的反馈信号外，其他各路辅助输出也按照一定的比例反馈到TL431的2.5V基准端，这对于提高多路输出式开关电源的整体稳定性具有重大的意义。

图3配TL431的精密光耦的电压反馈电路

3.3电流反馈环的设计

电流环通过用电流检测电阻将开关管的电流转化成电压反馈信号，然后在与电压控制环检测到的电压进行比较，产生PWM波，控制输出的电压。对输入电压的变化和负载变化响应快，回路稳定性好，抗干扰性能强，电压调整率小等优点^[5]。

图4电流反馈电路

4.仿真实验测试

在以上的分析研究的基础上，建立了仿真模型，运用ORCAD/PSPICE对该开关电源的整体电路进行仿真实验的基础上，修正了电路中各种元器件的关键参数，使得电路的性能能够发挥到最佳。

为了优化多功能开关电源的系统设计方案，减少开发过程的盲目性、复杂性，缩短开发周期，极低成本，本文对多功能开关电源的整体电路进行了仿真。运用ORCAD/PSPICE建立了多功能开关电源整体系统的仿真模型，然后对系统进行稳态、动态特性分析，寻求满足设计性能要求的元件参数^[6-7]。整体电路的测试图如图5所示。

图5整体电路的测试图

在仿真的过程中往往会遇到收敛性的问题。收敛的问题以各种形式、规模以及假象出现，通常都与电路的拓扑结构、器件的建模、仿真器的设置等因素有关。快速解决收敛性问题的办法是：设置OPTION设置里的一些选项。

ABSTOL=0.01μ(Default=1p)

VNTOL=10μ(Default=1μ)

GMIN=0.1n(Default=1p)

RELTOL=0.05(Default=0.001)

ITL4=500(Default=10)

这些设置可以解决大多收敛性问题，当然如果电路中的错误，它是解决不了的。如果模型不够精确，上面的设置需要实时调整才能得到想要的结果。

多功能开关电源中，5V输出电路的输出波形如图6所示。由图可以看出，本文所设计的5V电源满足电压调整率和负载调整率的要求。

图65V电源的测试波形图

15V输出电路的输出波形如图7所示。由图可以看出，本文所设计的15V电源满足电压调整率和负载调整率的要求。

图715V电源的测试波形图

24V输出电路的输出波形如图8所示。由图可以看出，本文所设计的24V电源满足电压调整率和负载调整率的要求。

图824V电源的测试波形图

5.结论

在运用ORCAD/PSPICE对开关电源的整体电路进行仿真实验实验结果表明，该多功能开关电源各路输出的电压调整率、负载调整率和开关电源的总功率均达到了预期的要求。在负载大范围变化的情况下，具有输出稳定、电压纹波小、结构简单、效率高等特点。

参考文献

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