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1、第26卷第2期北京工商大学学报(自然科学版)Vol126No122008年3月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Mar.200831文章编号:167121513(2008)0220031204一种高效率开关电源的设计与仿真李文(北京工商大学工科实践中心,北京100037)摘要:介绍了设计高效率开关电源的一种简单有效的方法.给出了设计关键环节电路参数的依据,并进行了Pspice仿真,实验结果验证了其有效性,在兼顾小型化的同时,满载效率达到91%.关键词:开关电源;
2、效率;反激变换中图分类号:TM433文献标识码:A随着电力电子技术的高速发展,20世纪90年功率Po=36W,输出电压Vo=12V,要求电路效率代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,对电η≥90%.源效率的要求也越来越高.作者针对常规反激式变112电路实现换器进行了优化和改进,利用MagneticsDesigner软由于反激变换器电路简单且能高效提供直流输件,在Pspice仿真的基础上.合理设计电路参数,出,在低压小功率、小体积的电源电路中特别常[1]使得电路总效率达到91%.用,因此主电路采用带RCD钳位电路的反激变换器拓扑结构.确定工作频率f=100kHz,
3、qmax=1开关电源电路014.电路总图如图1.111设计要求该电路由4部分组成:变压器T、开关管Q3及输入直流电压范围Vin=156V～320V,输出输出整流管D4组成反激变换器;R7、E3、Q1、Q2图1开关电源电路原理示意及其偏置元件组成振荡电路,为开关管Q3提供导到开关管Q3的门极,Q3导通,变压器T的初级绕通驱动信号;精密电压基准调节器TL431及光耦组存储能量,同时辅助绕组的电动势方向为上正下OP形成闭环结构稳定输出电压;Q4、Q5组成可控负,经R12、U1为振荡电路提供能量.限流电阻硅,同时导通时为Q3的G2S极间电容上的电荷提R14上的电流线性上升到
4、规定值后,Q4、Q5导通,供放电通路,使Q3截止.开机后的暂态过程为:E3Q3截止,能量传递到次级绕组输出.辅助绕组的电经R7充电,振荡电路起振,脉冲信号经U2和DW动势方向变为上负下正,分别加到Q4、Q5的基极,收稿日期:2007209224作者简介:李文(1971—),女,山东德州人,讲师,硕士,主要从事嵌入式技术方面的研究.32北京工商大学学报(自然科学版)2008年3月确保Q4、Q5截止,为下一周期Q3的导通做好准备.电路进入稳态后,当输出电压高于规定值时,光耦OP导通,Q4的基极变为高电平,Q4、Q5导通,Q3截止,实现PWM控制方式.由于振荡电路的输出脉
5、冲很窄,且由辅助绕组提供能量,所以损耗很少.2变压器的设计图2变压器T的等效电路211MagneticsDesigner软件设计212仿真及试验结果图1中变压器的等效电路如图2.由于篇幅所高频反激变压器Spice模型子电路清单如下:限,仅说明反激变换器优化参数的方法.·SUBCKT12v3a21234设定该变换器工作在电流断续状态(DCM),3TDK,EI2TDKFerrite,PC402HF2100C,EIMagneticsDesigner软件所需参数值由表1中公式[2]28计算得到.表1平面变压器的设计参数变压器原边变压器副边V2·q2·η2POin绕组电感Lp
6、=48617μH绕组电感值Ls=2712μH2f·POIS·fVin·Ton2ISAV电流最大值Ip=1128A电流最大值Is=10ALp1-q电流有效值Ipa=Ipq/301467A电流有效值Isa=ISq/33164A1电流平均值Ipav=·Ip·q01256A电流平均值Isav3A2CurrentPeak项≥Ipa+Ipav1ACurrentPeak≥Isa+Isav715A最大温升50℃波形形式单向脉冲波33333333MagneticsDesigner软件对反激变压器的最终Rdc1N41N610.9684优化结果见图3.LmagN4121.005m负载两端
7、的电压及流过负载的电流波形如图RcoreN41225.27k4,满足设计要求.Rac1N6118.275Lac1N6116.438u33333333L12N41in227.38uC1-2in227.331pC2-232413.34pC3-232N423.517pEfwd2N824in220.1190Vsens2N82N42Ffbk2in22Vsens20.1190Rdc2N42N625.000mRac2N6230.1405Lac2N623149.5n·ENDS图3反激变压器优化结果第26卷第2期李文:一种高效率开关电源的设计与仿真33Vin=320V时,满载时实
