高性能開關(guān)電源的設(shè)計(jì)仿真分析目錄摘要……………………1關(guān)鍵詞…………………11緒論………………21.1本文研究背景…………………21.2國內(nèi)外開關(guān)電源研究現(xiàn)狀………21.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀…………………21.2.2國外研究現(xiàn)狀…………………21.3本文的主要研究內(nèi)容…………32開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)和工作原理…………………42.1開關(guān)電源的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)………42.1.1BUCK型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)…………………42.1.2BOOST型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)…………………42.1.3反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)……………………42.2開關(guān)電源的調(diào)制方式…………62.2.1PWM調(diào)制………………………62.2.2PFM調(diào)制………………………62.2.3PWM-PFM調(diào)制……………72.3開關(guān)電源的控制方式…………72.3.1電壓反饋PWM控制方式……………………72.3.2電流反饋PWM控制方式……………………72.3.3雙環(huán)控制方式………………73反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)…………83.1性能要求………………………83.2各參數(shù)計(jì)算……………………83.2.1匝數(shù)計(jì)算……………………83.2.2變壓器計(jì)算…………………93.2.3初級MOS計(jì)算………………113.2.4輸出電容計(jì)算………………113.2.5RCD箝位電路計(jì)算…………113.2.6單相橋式整流濾波電容計(jì)算………………124反激式開關(guān)電源的仿真…………134.1反激式開關(guān)電源仿真模型……………………134.1.1整流電路仿真………………134.1.2變壓器及輸出電路仿真……………………134.1.3雙閉環(huán)電路仿真…………144.2反激式開關(guān)電源的仿真波形…………………145總結(jié)與展望………………………16參考文獻(xiàn)……………16摘要：在電力電子技術(shù)不斷進(jìn)步的現(xiàn)在，開關(guān)電源因?yàn)樾◇w積、輕重量但效率高等優(yōu)點(diǎn)一步一步地走向電子市場。高性能的開關(guān)電源也成了人們越來越重視的一種電力電子設(shè)備。本文從開關(guān)電源的背景以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀開始講起，同時(shí)介紹了一些常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如BUCK型、BOOST型以及反激式，分析了PWM、PFM等調(diào)制方式以及電流電壓反饋等控制方式，研究并設(shè)計(jì)了一款反激式開關(guān)電源。通過計(jì)算各種參數(shù)的數(shù)值，并最終在MATLAB中搭建仿真的模型，來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源反激式Simulink1緒論1．1本文研究背景開關(guān)電源就是通過電力電子技術(shù)，調(diào)控開關(guān)管的開與關(guān)的時(shí)間比率，保持輸出穩(wěn)定的一種電源REF_Ref24653\r\h[1]，在當(dāng)今社會不斷創(chuàng)新與快速發(fā)展的同時(shí)，開關(guān)電源也同時(shí)在與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新。具有體型較小、質(zhì)量比較輕甚至效率比較高等的優(yōu)點(diǎn)的開關(guān)電源，所以在現(xiàn)在社會被普遍應(yīng)用于大部分電子設(shè)備，因此它成為現(xiàn)如今電子設(shè)備飛速發(fā)展過程中不可缺少的一部分。開關(guān)電源在節(jié)能的同時(shí)也擁有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益，從而被社會各界的關(guān)注并且迅速推廣。近幾年來，隨著航天、航空事業(yè)迅速發(fā)展，尤其是彈載電子設(shè)備對開關(guān)電源的重量、體積以及效率等方面都提出了很高的要求。單端反激式開關(guān)電源在這種情況下一種小型化的開關(guān)電源單端反激式開關(guān)電源由此誕生REF_Ref29417\r\h[2]。與其它的開關(guān)電源相比較，它的優(yōu)點(diǎn)是小體積、輕重量、效率較高等，且它的線路簡單,但卻可擁有很高的可靠性，因此被應(yīng)用于各種電子設(shè)備。1．2國內(nèi)外開關(guān)電源的研究現(xiàn)狀1．2．1國內(nèi)研究現(xiàn)狀從1977年開始，國內(nèi)在開關(guān)電源方面才剛剛投入發(fā)展，發(fā)展稍晚，技術(shù)處在落后水平。當(dāng)前國內(nèi)電源關(guān)于DC/DC的使用基本都是國外產(chǎn)品，占據(jù)了多數(shù)的大功率模塊和半數(shù)的中小功率模塊的領(lǐng)域，但是因?yàn)閲鴥?nèi)的技術(shù)正在逐漸的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大，所以在中小功率方面國內(nèi)產(chǎn)品迅速的奪回了市場。目前開關(guān)電源已經(jīng)逐漸滲透于生活的方方面面，與之前相比節(jié)約了大都分的材料和空間。因?yàn)槠渥儞Q效率的不斷提高，能源的損耗也在不斷地減少，所以會調(diào)節(jié)電源附近的室溫，也就相當(dāng)于使工作人員工作的環(huán)境質(zhì)量得到大幅度的提高。最近幾年來電力系統(tǒng)直流操作電源的現(xiàn)世，主要是對國家之前在城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的改造供電的工程、提高供電質(zhì)量的投資4000億元而推出的，目前已經(jīng)逐步采取用開關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)電源的方式。開關(guān)電源主要選取的是雙極性的晶體管，開關(guān)的頻率是幾十千赫茲，但是選取MOSFET開關(guān)管，開關(guān)頻率可以達(dá)到幾百千赫茲REF_Ref29936\r\h[3]。1．2．2國外研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)50年代，美國宇航局開發(fā)了首個(gè)開關(guān)電源REF_Ref30113\r\h[4]，目前開關(guān)電源已經(jīng)一步一步地代替?zhèn)鹘y(tǒng)電源，同時(shí)在電子設(shè)備中被應(yīng)用廣泛。近20年，集成開關(guān)電源的發(fā)展方向有兩個(gè)。一研發(fā)集體化的開關(guān)電源的控制電路。1977年國外首先研究出來脈沖寬度調(diào)制控制器集成電路，美國一些公司等相繼推出一系列PWM芯片REF_Ref30113\r\h[4]。近幾年，國外研制出了開關(guān)頻率達(dá)到1MHz的高速PWM、PFM芯片。二研發(fā)集體化中、小功率開關(guān)電源。1994年，美國電源集成公司在世界上率先成功研制出了三端隔離式PWM型單片開關(guān)電源REF_Ref30113\r\h[4]。如今，單片開關(guān)電源已經(jīng)擁有了許多產(chǎn)品REF_Ref5128\r\h[5]。單片開關(guān)電源自從出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)展示了自身強(qiáng)大的生命力，備受國內(nèi)外電源界的重視。1．3本文的主要研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容是通過研究開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制方式和調(diào)制方式REF_Ref5684\r\h[6]研究一款反激式開關(guān)電源，并最終實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制轉(zhuǎn)換器。具體研究內(nèi)容如下：引言粗略的概述開關(guān)電源技術(shù)的研究背景，并簡單的闡述了開關(guān)電源的國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。具體的介紹開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)以及調(diào)制方式，同時(shí)概括了開關(guān)電源的控制方式，最終選取反激式變換器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。以前兩章的理論作為指導(dǎo)分析，設(shè)計(jì)并計(jì)算反激式開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算。對所研究反激式開關(guān)電源進(jìn)行仿真，并對波形進(jìn)行分析。2開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)和工作原理開關(guān)電源依據(jù)隔離的方式分成兩種：隔離式、非隔離式REF_Ref6226\r\h[7]。在非隔離式開關(guān)電源中有兩種最常用的，一種是BUCK降壓型，而另一種是BOOST升壓型；然而在隔離式開關(guān)電源的研究中應(yīng)用比較多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指反激式。下列詳細(xì)闡述了反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及工作原理。2．1開關(guān)電源的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2．1．1BUCK型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BUCK型就是降壓型，它的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)正像圖2-1所示：圖2-1BUCK型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2-1中VIN是輸入的電壓，其同DC的輸入電壓是有串聯(lián)關(guān)系的。在TON（也就是開關(guān)管MOS開通）的時(shí)候，輸入VIN會在第一時(shí)間給電感L以及負(fù)載充電，電感儲能增加，在瞬間會使負(fù)載電壓VOUT增加。在開關(guān)管TOFF（斷開）的時(shí)候，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，這時(shí)其會與電感、負(fù)載以及大地組成閉合回路，電感給負(fù)載充電，這時(shí)負(fù)載電壓VOUT下降。在開關(guān)管開通的時(shí)候，令它的導(dǎo)通電壓是零，則VL就是直流輸入電壓VIN。由于電感L上的壓降不變（VIN-VOUT)，因此電感的電流會升高；由于負(fù)載阻抗就會使輸出電壓升高，經(jīng)過電阻分壓，VFB作為輸出電壓VOUT的檢測值和開關(guān)芯片內(nèi)的參考電壓VREF相比較放大；其輸出VEA_OUT被當(dāng)做PWM的參考電壓和芯片內(nèi)產(chǎn)生的周期是T的斜坡電壓Slope相比較，從而產(chǎn)生控制外部功率開關(guān)管開關(guān)的柵控制信號。當(dāng)在斜坡電壓Slope增大至VEA_OUT時(shí)，PWM就會輸出低電壓，使MOS關(guān)斷。這個(gè)時(shí)候因?yàn)殡姼兄须娏鱅L不可以突然改變，所以在MOS關(guān)斷的同時(shí)，電感兩端電壓的極性會在瞬間逆轉(zhuǎn)，但在變化的同時(shí)電流不會發(fā)生任何變化。這個(gè)時(shí)候二極管D是開通的，它會使電感的電壓VL一直處于二極管的導(dǎo)通壓降。因?yàn)殡姼胁粩喾烹?，所以電流會呈線性的下降。2．1．2BOOST型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BOOST型是升壓型，它的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就像下圖2-2：圖2-2BOOST型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)此中VIN是直流輸入電壓。當(dāng)MOS開通即TON時(shí)，輸出電壓主要來自于輸出電容的連續(xù)蓄電，所以輸出電容一定要具備充足的容量，可以使開關(guān)管開通的全部時(shí)間里，輸出電容可以供給負(fù)載充分的電，來保證負(fù)載運(yùn)行。一樣的因?yàn)樵贛OS斷開也就是TOFF期間，電感的電流不可能突然發(fā)生變化，電感L兩端電壓級性會翻轉(zhuǎn)，VL電壓高于輸入電壓VIN。此這個(gè)時(shí)候電感電流就不會再經(jīng)過MOS，而是會通過二極管D來給負(fù)載提供電，同時(shí)給輸出電容COUT供電，此時(shí)電感會放電。所以，在開關(guān)管斷開的時(shí)候就可以是輸入電壓VIN加上電感放電時(shí)產(chǎn)生的電壓和一同給負(fù)載充電。2．1．3反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反激式自身帶有特別的隔離特點(diǎn)，而上述BUCK型和BOOST型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)皆沒有隔離。反激式開關(guān)電源經(jīng)由變壓器可以讓輸入和輸出分隔時(shí)也能多路輸出；同時(shí)變壓器不但可以傳輸能量，也可以儲存能量，相當(dāng)于取代了儲能電感，它的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2-3。圖2-3反激式開關(guān)電源典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)綜上所述可知，反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有BUCK型以及BOOST型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所沒有的優(yōu)勢，即隔離優(yōu)勢。當(dāng)存在多個(gè)電源時(shí)反激式可以通過自身隔離，而BUCK型和BOOST型需要加多個(gè)隔離，所以選取反激式變換器勢在必得。而反激式的開關(guān)電源的主電路圖如下圖2-4。因?yàn)樽儔浩魉鶕碛械耐嗽谕环较蛏?，所以就會?dǎo)致輸出的電壓的正負(fù)極是上面負(fù)下面正的。驅(qū)動(dòng)信號是高電平，開關(guān)管開通，原邊電感就會接受到從電壓源傳來的電流，從而使流過電感的電流呈逐漸遞增情況，一直遞增到開關(guān)管斷開的時(shí)候，這時(shí)的原邊電流就會是最大的。在開關(guān)管開通的時(shí)候，因?yàn)槎O管的電壓是上負(fù)下正的，也就是電壓極性相反，所以就會導(dǎo)致二極管的副邊其實(shí)是沒有電流的。驅(qū)動(dòng)信號是低電平，開關(guān)管斷開，原來二極管的副邊就會有正向?qū)ǖ碾妷海@時(shí)二極管就會打開，來使電容接收電，這時(shí)電容也就會給電阻提供電，所以就會導(dǎo)致電容的電壓是上面負(fù)下面正的。圖2-4反激式電路原理圖反激式變換器擁有連續(xù)工作和非連續(xù)工作這兩種工作模式。非連續(xù)工作模式即當(dāng)下一個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)信號快要到來的時(shí)候，變壓器副邊側(cè)的電感里面就沒有電流了REF_Ref27813\r\h[8]。當(dāng)下一個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)信號快要到來的時(shí)候，變壓器副邊電感中的電流沒有降低為0，此種工作模式成為電流斷續(xù)模式。處于連續(xù)模式和斷續(xù)模式之間的是臨界模式，此種狀態(tài)下，如果有下一個(gè)周期的信號到來，那么電感的電流就會恰巧變成0。因?yàn)椴荒苡酗柡偷淖儔浩鞔判?，所以大部分時(shí)間就會讓變壓器工作在非連續(xù)的情況下面。反激式變換器主要有以下特點(diǎn)：(1)高頻率的變壓器類比一個(gè)可以儲能的電感，當(dāng)開關(guān)管處于開通狀態(tài)時(shí)，它的變壓器就開始存儲電量，當(dāng)開關(guān)管斷開的時(shí)候，它就會將電量發(fā)送到二次側(cè)REF_Ref27813\r\h[8]。(2)能夠在連續(xù)狀態(tài)下工作又能在不是連續(xù)的狀態(tài)下工作。(3)能夠做直流輸入又能夠做交流輸出的AC/DC變換器。(4)高頻變壓器里面的匝數(shù)之比決定輸出電壓和輸入電壓兩者之差。(5)加多二次側(cè)的繞組以及與此相關(guān)的電路就能夠得到多條路的輸出。(6)大部分的時(shí)候并不要在整流二極管的輸出以及濾波電容兩者中加一個(gè)低頻的濾波電感。2．2開關(guān)電源的調(diào)制方式通過調(diào)制開通時(shí)間、斷開時(shí)間和周期之間的不一樣，開關(guān)電源的調(diào)制方式通常分為3種：PWM調(diào)制、PFM調(diào)制、PWM-PFM調(diào)制REF_Ref30357\r\h[9]。2．2．1PWM調(diào)制PWM調(diào)制就是脈沖寬度調(diào)制，它工作的典型波形如圖2-5所示。PWM調(diào)制也就是在去調(diào)控開關(guān)管信號的占空比的時(shí)候，不可以改變開關(guān)管的開關(guān)的頻率，但能調(diào)節(jié)傳輸?shù)墓β?。PWM調(diào)制同時(shí)也是最普遍的開關(guān)電源的調(diào)制方法，主要原因是它的用于控制的電路比較容易，更利于設(shè)計(jì)和檢測，工作在滿負(fù)載時(shí)，效率會比另外的幾個(gè)調(diào)制方式高一些。不過因?yàn)檎`差放大器里有突變的電壓所以響應(yīng)的速度會有改變。圖2-5PWM調(diào)制2．2．2PFM調(diào)制PFM調(diào)制就是脈沖頻率調(diào)制，它工作的典型波形如圖2-6所示。PFM調(diào)制就是在開關(guān)管開通或斷開的時(shí)間一定的同時(shí)，改變自己的頻率，也就是通過知道自己斷開或開通的快慢，去實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸?shù)墓β实慕Y(jié)果。PFM調(diào)制有一個(gè)非常好的特點(diǎn)是當(dāng)它的負(fù)載很輕時(shí)它的效率會比PWM調(diào)制大很多。并且因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)里面有EMI濾波器，它一般是需要對一段規(guī)定好的頻率去進(jìn)行刪減過篩，擇優(yōu)選取，但其實(shí)PFM調(diào)制的頻率并不是一成不變的，所以它的EMI濾波器很有可能會對之后的工作產(chǎn)生壞的影響，但現(xiàn)在還沒有方法去確定。其次，如果PFM調(diào)制的頻率發(fā)生變化的話，電路的連接就會由原來的簡單變得繁雜。因?yàn)橄到y(tǒng)的傳遞函數(shù)是取決于三個(gè)因素，即幅值、相位和頻率。頻率如果一直發(fā)生改變的話，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和它的簡化就會變得越來越復(fù)雜，傳遞函數(shù)就會因?yàn)檫@個(gè)而帶來麻煩，想要去設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路的話就會變得更加的艱巨。圖2-6PFM調(diào)制2．2．3PWM-PFM調(diào)制PWM-PFM混合調(diào)制，也就是把上面說的那兩個(gè)調(diào)制通過一定的方式集裝到了一起，來調(diào)整傳輸?shù)墓β暑l率和開關(guān)技術(shù)。它的工作原理是當(dāng)負(fù)載較小時(shí)會自動(dòng)轉(zhuǎn)化為PFM調(diào)制模塊，讓整個(gè)的傳輸?shù)男首兊米畲?；而?dāng)負(fù)載不是輕載時(shí)或者另外的狀況的時(shí)候就會通過自身的邏輯而轉(zhuǎn)化為PWM調(diào)制。也就是PWM-PFM調(diào)制具有了PFM調(diào)制同PWM調(diào)制兩者的好處，不僅如此它還消除了兩者的缺點(diǎn)，比如它解決了PWM調(diào)制在負(fù)載較小時(shí)的效率情況，還有有效的控制了PFM在高次諧波時(shí)的一些不確定性的影響。因?yàn)檫@些所以它在很多方面都有著很好的發(fā)揮，例如當(dāng)有多種負(fù)載時(shí)候的效率方面、想要輸出電壓的穩(wěn)定情況，或者需要靜態(tài)輸出時(shí)的效率等等。綜上所述可知，PWM調(diào)制是最普遍的開關(guān)電源的調(diào)制方法，主要原因是它的用于控制的電路比較容易，更利于設(shè)計(jì)和檢測，而如果是PFM調(diào)制，當(dāng)頻率發(fā)生變化的話，電路的連接就會由原來的簡單變得繁雜，所以PWM調(diào)制技術(shù)的選取勢在必得。2．3開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式即負(fù)載反饋加上開關(guān)電源的調(diào)制方式兩者一起發(fā)揮作用的狀態(tài)下負(fù)載可以穩(wěn)定高效率的運(yùn)行的控制體系REF_Ref30357\r\h[9]。以下分別介紹了3種常見且普遍的控制方式及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.3.1電壓反饋PWM控制方式盡管電壓反饋開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)條件簡單，但是環(huán)路動(dòng)態(tài)的響應(yīng)緩慢。并且如果輸入電壓發(fā)生一定的波動(dòng)時(shí)，電壓反饋不能迅速做出反應(yīng)，所以輸出電壓會帶有紋波。由于它是單環(huán)控制的，所以反饋信號經(jīng)過PWM來調(diào)節(jié)占空比時(shí)會延遲很長時(shí)間。所以它不適合在輸出電壓紋波的要求比較高的狀態(tài)下出現(xiàn)。圖2-7電壓反饋PWM控制方式從圖2-7可以發(fā)現(xiàn)，電壓反饋的控制電路是需要比較干凈的輸入電壓，并且對輸入電壓的波動(dòng)是沒有直接的抑制。2.3.2電流反饋PWM控制方式電流反饋PWM控制可以精準(zhǔn)的調(diào)控輸出電壓瞬態(tài)誤差。由下圖2-8得，電流反饋也就是在電壓反饋根本上多加了一個(gè)輸出電流反饋。圖2-8電流反饋PWM控制方式3.3雙環(huán)控制方式一般來說的話PI雙閉環(huán)控制方式，有兩個(gè)控制方面：電流內(nèi)環(huán)控制以及電壓外環(huán)控制。電流內(nèi)環(huán)控制是電流負(fù)反饋的方式讓流過電感上的電流是設(shè)定的幅值和相位的電流，而電壓外環(huán)則要加電壓負(fù)反饋，這樣可以讓直流側(cè)電壓穩(wěn)定于設(shè)定值，雙閉環(huán)控制框圖如下圖2-9。圖2-9雙閉環(huán)控制框圖綜上所述可知，雙環(huán)的控制方式可以使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，它綜合了電流電壓反饋的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)既可以讓直流側(cè)電壓穩(wěn)定于設(shè)定值，又可以流過電感上的電流是設(shè)定的幅值和相位的電流，而電壓反饋和電流反饋輸出穩(wěn)定的電壓紋波。3反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)3．1性能要求電路是否能順利進(jìn)行的關(guān)鍵性因素是電路中對參數(shù)的規(guī)劃。當(dāng)電路中的某個(gè)數(shù)被預(yù)設(shè)的不合理是，整個(gè)電路就不會運(yùn)行也就是電路處于故障模式下。所以對每個(gè)電路中各參數(shù)的規(guī)劃是所有被設(shè)計(jì)的電路來說是極其重要的，由此同時(shí)也當(dāng)然是本文設(shè)計(jì)中最重要的因素。本文研究了反激式開關(guān)電源，下列使對主要參數(shù)的定義：輸入電壓范圍：Vac=85V~265V(Vacnom=220V)輸出電壓電流范圍：Vout=0~5V；Iout=0~2V其他工作狀態(tài)參數(shù)：反激式開關(guān)電源工作效率為：η=80%反激式MOS開關(guān)管工作頻率：fs=100kHz反激式MOS開關(guān)管工作的最大占空比：Dmax=0.5輸出電壓紋波：△Vout=0.05V電網(wǎng)的頻率：f=50Hz變壓器磁芯參數(shù)：窗口填充系數(shù)Ko=0.2磁芯填充系數(shù)Kc=1最大磁通密度Bmax=100mT電流密度Jc=4×1063．2各參數(shù)計(jì)算已知經(jīng)過濾波整理后的電壓，可以作為反激式電源直接輸入：（3-1）（3-2）（3-3）當(dāng)反激式開關(guān)電源工作效率為80%，計(jì)算原邊的輸入功率：（3-4）3．2．1匝比計(jì)算最大占空比Dmax=0.4死區(qū)時(shí)間Td=0.2T(DCM工作模式)：（3-5）（3-6）（3-7）二極管正向?qū)▔航礦f：（3-8）由伏秒平衡得原副邊匝數(shù)比N：（3-9）即匝數(shù)比為26.36。3．2．2變壓器計(jì)算變壓器一次側(cè)：→（3-10）（3-11）由AP面積積計(jì)算可得：（3-12）由磁芯手冊可得：Aw=60.4u，Ae=119u計(jì)算AP值：（3-13）匝數(shù)計(jì)算：（3-14）（3-15）（3-16）變壓器氣隙計(jì)算：（3-17）（3-18）（3-19）由于實(shí)際實(shí)物中變壓器的繞組匝數(shù)只能是整數(shù)，所以反推核算結(jié)果：核算變壓器變比：（3-20）變壓器二次側(cè)計(jì)算：（3-21）（3-22）（3-23）（3-24）變壓器一次側(cè)計(jì)算：（3-25）（3-26）（3-27）變壓器磁通密度計(jì)算：（3-28）二次側(cè)二極管選型計(jì)算：（3-29）（3-30）確定變壓器選型。3．2．3初級MOS計(jì)算：MOS斷開期間：（3-31）MOS斷開時(shí)會有很大峰值電壓，選擇1.5倍以上的耐受電壓：（3-32）3．2．4輸出電容計(jì)算輸出負(fù)載電阻：（3-33）（3-34）（3-35）（3-36）留有一定余量，可以選擇330uF的電容。3．2．5RCD箝位電路計(jì)算假設(shè)變壓器的漏感控制在1%以內(nèi)：（3-37）開關(guān)管最大電壓Vdsmax=800V：（3-38）根據(jù)常規(guī)公式計(jì)算吸收電阻：（3-39）根據(jù)常規(guī)公式計(jì)算電容：（3-40）3．2．6單相橋式整流電流濾波電容計(jì)算整流橋計(jì)算：選用的整流橋耐壓需滿足：（3-41）流過整流橋單個(gè)體二極管的電流平均值如（3-42）計(jì)算，取1.5倍余量：（3-42）電網(wǎng)處于最低的工作狀態(tài)下：電容后等效電阻計(jì)算：（3-43）電容計(jì)算：（3-44）（3-45）輸入電網(wǎng)電壓最高時(shí)：（3-46）4反激式開關(guān)電源的仿真設(shè)計(jì)4．1反激式開關(guān)電源的仿真模型經(jīng)過一系列的分析以及研究之后本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于反激式開關(guān)電源模型，并且在開關(guān)電源仿真軟件MATLAB的Simulink模塊中建立了搭建出來仿真模型同時(shí)進(jìn)行了模擬，通過輸出波形來驗(yàn)證了它的準(zhǔn)確性。4-1MATLAB仿真模擬圖上圖是基于前三章關(guān)于開關(guān)電源的原理、分析，以及對參數(shù)的設(shè)計(jì)和計(jì)算而研究并繪制的仿真模型圖。4.1.1整流電路設(shè)計(jì)開關(guān)電源輸出的是市電，經(jīng)過單相橋式整流電路對開關(guān)電源進(jìn)行整流從而得到直流電壓作為輸入，圖4-2所示整流電路模塊。在萬用電橋中選擇二極管，通過調(diào)試，使220V的交流電整流變成311V的直流電。圖4-2整流橋電路二極管D1和D4為一對，在輸入電壓為正時(shí)開通；二極管D2和D3為另一對，在輸入電壓為負(fù)時(shí)開通，從而將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。4.1.2變壓器及輸出電路設(shè)計(jì)變壓器及輸出電路的仿真模擬圖如圖4-3：圖4-3變壓器及輸出電路仿真模擬圖變壓器的設(shè)計(jì)與計(jì)算是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的最重要的部分，變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)電路是否運(yùn)行的關(guān)鍵。變壓器單位選擇SI，根據(jù)伏秒平衡計(jì)算得到的匝數(shù)比是26.36，又因?yàn)橐淮蝹?cè)的輸入電壓經(jīng)過整流電路得到的311V直流電，是以二次側(cè)輸出電壓為11.8V。4.1.3雙閉環(huán)電路設(shè)計(jì)圖4-4雙閉環(huán)電路仿真模擬圖如圖4-4，當(dāng)輸出電壓小于參考電壓時(shí)，電壓誤差為正，經(jīng)PI運(yùn)算后輸出量增加，即電流參考值增加，此時(shí)原邊MOS的電流小于參考電流，電流誤差增加，經(jīng)PI運(yùn)算后電流環(huán)輸出增加，占空比增加，使得輸出電壓增加，即輸出會產(chǎn)生占空比與電流環(huán)輸出相同的PWM波。4．2反激式開關(guān)電源的仿真波形當(dāng)輸出電壓預(yù)設(shè)值為5V時(shí)，輸入輸出波形如下圖4-5：圖4-5電壓、電流輸出波形輸出電壓的波形逐漸升高，輸出電流的波形逐漸升高，經(jīng)過0.02s達(dá)到預(yù)設(shè)的5V2A，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性相對較好，符合設(shè)計(jì)的需求。當(dāng)輸出電壓預(yù)設(shè)值在0.05s時(shí)加一個(gè)脈沖使其預(yù)設(shè)值達(dá)到7V的電壓、電流波形如下圖4-6：圖4-6電壓、電流輸出波形當(dāng)預(yù)設(shè)的輸出電壓值發(fā)生變化時(shí)，即在0.05s時(shí)給預(yù)設(shè)的電壓值加一個(gè)脈沖，使它升高到7V時(shí)電壓電流會隨之升高，并在0.63s達(dá)到預(yù)設(shè)7V，從而達(dá)到穩(wěn)定。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的反激式開關(guān)電源在輸出電壓為既定條件時(shí)會在0.02s到達(dá)預(yù)設(shè)值，當(dāng)電壓參考值發(fā)生變化時(shí)會通過雙閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)以達(dá)到并穩(wěn)定于既定值。也就是經(jīng)過計(jì)算的變量值都是正確的，所以也就是說建立的MATLAB的仿真模型是正確的，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。5總結(jié)與展望5.1總結(jié)本文在對開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)研究和總結(jié)，并完成了對反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。本文的主要內(nèi)容如下：對開關(guān)電源的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和總結(jié)。對開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行研究和分析，并最終選取反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及雙閉環(huán)PWM控制為總電路。根據(jù)分析選取性能指標(biāo)，并進(jìn)行參數(shù)的選取。對選取的參數(shù)進(jìn)行仿真，確定了搭建的模型準(zhǔn)確。5.2展望由于研究的時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)條件不充足，對開關(guān)電源的研究還有很多方面沒有涉及到，同時(shí)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步的分析和設(shè)計(jì)。下列是可以更加深入了解的其中兩個(gè)方面：（1）采用UC3842芯片作為反激式開關(guān)電源的核心通過引腳的不同進(jìn)行連接與設(shè)計(jì)，可以使仿真簡單化，并且運(yùn)行速度會加快，使用更加便捷。（2）針對整個(gè)電路中最難的部分即反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)雖然可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和分析，但其實(shí)并沒有辦法去驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，只可以通過仿真波形體現(xiàn)。在以后的學(xué)習(xí)以及工作中，還需要對上述的問題進(jìn)行更加深入的研究和分析，同時(shí)設(shè)計(jì)出更加高性能的開關(guān)電源。致謝在即將完成論文之際，向我的導(dǎo)師周士貴副教授表達(dá)我的感謝！四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼就過去了，在這四年的生涯里，我有了很多的收獲，本論文從選題到完成，每一步都是在周士貴導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的，整個(gè)過程傾注了導(dǎo)師超多的心血。導(dǎo)師知識淵博和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、精致的工作作風(fēng)以及樂觀的生活風(fēng)格都給予了我極大的幫助。特此，向我的導(dǎo)師周導(dǎo)師致以誠摯的敬意和衷心的感謝。同時(shí)本論文的順利完成，是離不開各位老師在大學(xué)生涯里事無大小的關(guān)心和照顧，以及學(xué)業(yè)上的詳細(xì)的指導(dǎo)和耐心的幫助，同學(xué)和朋友的在生活和學(xué)習(xí)的關(guān)心和幫忙。此外，我還要感恩我的父母，感謝父母對我的培養(yǎng)。最后，感謝各位老師在百忙之