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单端反激式开关电源设计与仿真
摘 要:当今开关电源正向着集成化、智能化、绿色化的方向发展，在比较电流控制和电压控制两种模式 特点的基础上，重点阐述电流型反激式控制开关电源的工作原理和优点。设计以电流型PWM控制器UC3842芯片为核心的高频单端反激式开关稳压电源。确定反激式开关电源变压器的参数计算。最后给出了电源的试验波形，并分析了电源输出波纹产生的机理。
关键词: 开关电源; UC3842; 单端反激; 仿真
0 介绍
体积小、重量轻、转换效率高的高频开关电源被广泛应用于计算机、通用设备、控制设备以及家用电器和其他电子设备。随着电流控制技术的不断发展和进步，结构简单、无输出滤波电感、易于实现多路输出等优点的电流模式反激式开关电源被广泛应用于低功率多路输出场合。由于功率开关MOSFET在关断期间能够承受的最大电压要高得多，因此反激式开关电源适用于高输出电压应用。
1电流模式反激式开关电源的工作原理
目前，开关电源普遍采用电压脉宽调制技术，只有一个控制回路，因此电压控制方法的设计和分析相对简单。由于锯齿波的振幅较大，因此其抗干扰能力较强。电流模式PWM技术是近年来的新兴技术，它是针对电压控制的一些缺点而开发的，其框图如图1所示。除电压控制的输出电压反馈控制部分外，它已添加到电流反馈链路中。它是电压和电流双闭环控制系统。使用恒定频率的时钟脉冲设置锁存器，输出脉冲驱动功率MOSFET。 电源电路中的电流脉冲逐渐增大，当采样电阻器中的电流幅度达到Ue时，PWM比较器的状态翻转，锁存器复位，驱动脉冲消失，功率MOSFET截止。这样，我们就可以达到通过调节电流来控制功率输出的目的。
与电压控制相比，电流模式PWM开关电源的电压调整率和负载调整率更好，系统的稳定性和动态特性得到显着改善，其固有的极限容量和并联电流能力使控制电路简单可靠。
图 1电流模式反激式开关电源结构图
2电流模式反激式开关电源的设计
由UC3842芯片组成的单端反激式开关电源框图如图2所示。输入整流滤波电路后，将交流电流输入到高频变压器一次侧，二次侧经过反激后的高频电压经过整流滤波后得到输出电压。钳位电路用于吸收高频变压器漏感所产生的尖峰电压，从而保护功率管不被尖峰电压烧毁。当由于某种原因上升时，光耦合器中的LED电流增加，在光耦合器之后，光耦合器中的接收管电流也增加，并且UC3842控制端子的电流上升，经过UC3842的控制后，占空比减小控制脉冲的变化，使减小，从而达到稳定的目的，反之，减小时也是稳定的。
图 2由UC3842芯片组成的单端反激式开关电源框图
2. 1开关电源的一次侧外围电路设计
EMI滤波器包括一个共模扼流圈L和滤波电容器，如图3所示。隔离式开关电源通常使用由整流器形成的整流桥。全波桥式整流器，简称硅整流器桥，是用塑料封装的半导体器件，由四根硅整流管连接成桥形式，如图4所示。当开关电源的功率MOSFET由导通转向断开时，高频变压器的初级绕组中将产生尖峰电压和感应电压。因此，我们必须在反激式开关电源中增加漏极或集电极保护电路，以钳制或吸收尖峰电压。
图 3 EMI滤波器的结构图
图 4 全波桥式整流器结构图
2. 2开关电源的二次侧输出整流滤波电路
输出整流滤波电路也称为高频整流滤波电路，它作用于AC / DC或DC / DC转换器的输出，并且与开关电源具有相同的频率。反激式开关电源的二次整流电路如图5所示。
2. 3反馈电路
精密光耦反馈电路由PC817和TL431组成，如图6所示。用可调精密并联稳压器TL431代替普通稳压器，构成外部误差放大器，对进行微调。
图 5 输出整流滤波器的电路图
图 6 开关电源的精密光耦合器反馈电路
3高频变压器参数计算
设计的主要参数包括初级电感，变压器可变比n，初级和次级绕组匝数，和反馈绕组匝数以及绕组线径。
确定合适的磁芯：
(1)
为磁芯横截面积（），为磁芯窗口面积（）； 是变压器的标称输出功率； （Gs）为磁感应强度，一般为2000（Gs）；是线圈导线的电流密度，通常取2〜3（）；是变压器的效率，通常取0. 8至0. 9;是窗口的填充因子，通常取0. 2至0. 4; 是磁芯的填充系数，对于铁氧体磁芯， = 1.0。
选取的磁芯型号为RTD28-34。，，，大于的计算值，因此磁芯可以满足要求。
3. 1基本参数
输入电压范围：175~265 V；
输入电压频率（）：50（1plusmn;5％）Hz;
输出电压（）：5 V;
输出电流（）：2 A;
最大输出功率（）：10 W;
工作频率（）：50 kHz;
反馈电压（）：10 V;
反射电压（）：135 V;
磁芯的有效面积（）：0.78;
效率估算（）：0.8。
3. 2最大输入功率
使用公式（1）估算的效率确定最大输入功率：
(2)
结果：。
3. 3最大占空比
(3)
结果：,。
3. 4一次侧电感
(4)
结果：。
3. 5一次侧峰值电流
(5)
结果：。
3. 6变压器一次绕组匝数
(6)
结果：。
3. 7二次绕组匝数
(7)
是输出整流二极管的压降，设置为1V。 结果： ，取5圈。
3. 8确定反馈电压匝数
同上，结果：，取9。
3. 9确定变压器气隙
(8)
结果：。
4仿真与分析
该仿真使用的软件Saber是美国Synopsys公司的EDA软件，被誉为世界上最先进的系统仿真软件，具有集成度高，模块化，层次化，仿真精度高等特点。
滤波后输入电压为220V时，输出电压5V的波形如图7所示。
由于电网输入的低频纹波和转换时产生的高频纹波，所以存在的纹波。 纹波电压波形如图8。
图 7 输出电压Uo波形
图 8 Uo的纹波电压波形
5.结论
通过对电流反激式开关电源的基本原理和控制方法的系统分析，设计了一种比较完善的电流模式单反激式开关电源。 该系统具有完整的UC3842控制功能，实现了输出电压的负载反馈调节和多种保护机制。
参考文献
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