目錄開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)及Saber仿真分析開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)及Saber仿真分析摘要開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛，在它出現(xiàn)的短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，對(duì)人類社會(huì)科技的進(jìn)步、生產(chǎn)力的發(fā)展都有積極地推動(dòng)作用，現(xiàn)在已經(jīng)大范圍利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)研究、分析并設(shè)計(jì)應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源。電路設(shè)計(jì)存在各種不同的方案，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以進(jìn)行模擬分析，然后確定電路形式，仿真驗(yàn)證從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，而利用這一技術(shù)，對(duì)于開(kāi)發(fā)過(guò)程的會(huì)出現(xiàn)的盲目復(fù)雜性的問(wèn)題可以減少，對(duì)開(kāi)發(fā)周期可以大大縮短，也能減少設(shè)計(jì)成本。Saber仿真軟件是具有混合仿真系統(tǒng)，它在模擬、數(shù)字、控制量方面的仿真都能夠支持，在不同的方面解決問(wèn)題，堪稱業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。本論文利用saber軟件來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。本文首先介紹了開(kāi)關(guān)電源的工作原理，然后選取了反激式開(kāi)關(guān)電源為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)反激式開(kāi)關(guān)電源電路，通過(guò)saber軟件進(jìn)行仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)輸出電路，達(dá)到改善輸出電壓紋波的目的。在反激式開(kāi)關(guān)電源電路中，設(shè)計(jì)RCD吸收電路，計(jì)算參數(shù)選取合適元件，通過(guò)選取UC2843芯片作為主控仿真設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路，另外，設(shè)定變壓器工作在DCM模式，在輸出電路部分?jǐn)M采用TL431穩(wěn)壓管和光耦來(lái)構(gòu)成閉環(huán)反饋設(shè)計(jì)，以此完成整個(gè)反激式開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源Saber仿真紋波抑制目錄目錄 XI摘要 13第一章緒論 141.1研究背景與意義 141.2開(kāi)關(guān)電源仿真研究現(xiàn)狀 141.3本論文結(jié)構(gòu)安排 14第二章開(kāi)關(guān)電源電路仿真基礎(chǔ) 152.1開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 152.2開(kāi)關(guān)電源的工作原理 152.3反激式開(kāi)關(guān)電源工作原理 152.4反激式變換器的工作模式 172.4.1斷續(xù)工作模式（DCM） 172.4.2連續(xù)工作模式（CCM） 182.5計(jì)算機(jī)仿真與Saber仿真軟件 182.5.1計(jì)算機(jī)仿真概述 182.5.2Saber仿真軟件簡(jiǎn)介 192.6本章小結(jié) 20第三章開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì) 213.1開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 213.2控制芯片UC2843及外圍電路 223.2.1軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 233.3開(kāi)關(guān)管的計(jì)算與選擇 243.4RCD鉗位電路 253.4.1鉗位電路工作原理 253.4.2鉗位電路元件參數(shù)計(jì)算選擇 263.5變壓器的設(shè)計(jì) 263.5.1高頻變壓器設(shè)計(jì)原則 263.5.2變壓器參數(shù)計(jì)算 283.6輸出反饋回路設(shè)計(jì) 303.6.1反饋環(huán)路控制理論 303.6.2反激式開(kāi)關(guān)電源的反饋回路 313.6.3反饋回路設(shè)計(jì) 323.7輸出電壓紋波抑制 363.7.1紋波的產(chǎn)生與抑制 363.7.2紋波抑制電路設(shè)計(jì) 363.8本章小結(jié) 37第四章Saber仿真軟件驗(yàn)證及優(yōu)化 384.1Saber中原理圖搭建 384.2電路設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證與分析 384.2.1軟啟動(dòng)電路仿真驗(yàn)證 384.2.2RCD鉗位電路仿真驗(yàn)證 404.2.3變壓器設(shè)置 434.2.4反饋電路仿真驗(yàn)證 444.3輸出電壓紋波測(cè)試與優(yōu)化 484.4本章小結(jié) 50第五章總結(jié)與展望 51參考文獻(xiàn) 52第一章緒論1.1研究背景與意義現(xiàn)如今在高速發(fā)展的電力電子技術(shù)影響下，人們的工作、生活越來(lái)越離不開(kāi)電力電子設(shè)備。另一方面，電力電子設(shè)備需要由電源來(lái)提供功率，電源性能的好壞將會(huì)對(duì)巨頂電力電子設(shè)備是否可以穩(wěn)定安全的工作以及它的使用壽命時(shí)間長(zhǎng)短，因此可靠的電源就顯得尤為重要。現(xiàn)在使用較為常見(jiàn)的直流穩(wěn)壓電源有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源。線性穩(wěn)壓電源，一般工作在工頻情況下，噪聲和干擾較小，輸出的穩(wěn)定性也較高，缺點(diǎn)是變壓器因?yàn)轶w積較大而顯得笨重、較低的工作效率(一般在30%左右)，另外要求輸入電壓的范圍也比較嚴(yán)格。相對(duì)于線性穩(wěn)壓電源而言，開(kāi)關(guān)電源則成本較低，其有簡(jiǎn)單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的功率器件一般在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作，在變換電壓時(shí)，電感線圈會(huì)積蓄能量，是通過(guò)這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，因此電源消耗較小，也能達(dá)到比較高的工作效率(可以達(dá)到90%以上)，開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用在很多場(chǎng)合已經(jīng)基本替代了線性電源，是電源發(fā)展的在新時(shí)代的趨勢(shì)[1,2]。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛，在它出現(xiàn)的短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)行業(yè)，對(duì)人類社會(huì)科技的進(jìn)步、生產(chǎn)力的發(fā)展都有積極的推動(dòng)作用。現(xiàn)在已經(jīng)大范圍利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)研究、分析并設(shè)計(jì)應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源。電路設(shè)計(jì)存在各種不同的方案，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以進(jìn)行模擬分析，然后確定電路形式，仿真驗(yàn)證從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，而利用這一技術(shù)，開(kāi)發(fā)過(guò)程的會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題可以得到解決，可以大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，設(shè)計(jì)成本也更低。Saber仿真軟件在電力電子領(lǐng)域被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，是由美國(guó)Synopsys公司設(shè)計(jì)的，本次設(shè)計(jì)采用Saber仿真軟件開(kāi)展數(shù)字電路和模擬電路的仿真對(duì)開(kāi)關(guān)電源和進(jìn)行優(yōu)化，改善開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的紋波，提高開(kāi)關(guān)電源的性能。1.2開(kāi)關(guān)電源仿真研究現(xiàn)狀在開(kāi)關(guān)電源電路的仿真方面，目前也有許多的研究應(yīng)用了各種電路仿真軟件。國(guó)內(nèi)普遍使用的Pspice在功率電子仿真和模型方面正在不斷加強(qiáng)，在一項(xiàng)基于Pspice對(duì)全橋式逆變電路進(jìn)行仿真[3]，觀測(cè)輸出電壓波形發(fā)現(xiàn)負(fù)載變化對(duì)電路電流的影響不大;PSIM軟件有完整的元器件和控制芯片的模型庫(kù)，無(wú)需自行搭建模型，在一項(xiàng)基于PISM的開(kāi)關(guān)電源Boost電路的仿真研究中，對(duì)Boost工作模態(tài)分析，觀察工作波形并按照設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算，得出輸出電容取適當(dāng)值可以降低輸出電壓紋波[4];MATLBAB/SIMULINK在電路仿真中同樣具有不少的應(yīng)用，例如對(duì)整流-逆變-整流主電路結(jié)構(gòu)的典型PWM控制的開(kāi)關(guān)電源仿真[5]，這種分析方法和建模具有純數(shù)學(xué)思路；除此之外，也有應(yīng)用Multisim對(duì)開(kāi)關(guān)電源電路仿真，利用脈寬調(diào)制式控制芯片UC3842設(shè)計(jì)單端反激式開(kāi)關(guān)電源[6]，但Multisim的仿真精度不高;利用Saber仿真軟件開(kāi)展對(duì)開(kāi)關(guān)電源的仿真研究也不在少數(shù)，在一項(xiàng)以flyback開(kāi)關(guān)電源為對(duì)象的研究中，通過(guò)對(duì)電路元器件建模，進(jìn)行容差分析，再對(duì)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到電源可靠性分析的目的[7]。此次研究，我將采用Saber軟件對(duì)開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)行仿真，相比于Pspice等仿真軟件而言，Saber中含有精度相關(guān)的參數(shù)要更豐富，有更好的精度。對(duì)于仿真算法，Saber中采用專利算法，對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的收斂性有很大的改善作用，在高精度方面有很好的建樹(shù)，在復(fù)雜的閉環(huán)震蕩電路中比如開(kāi)關(guān)電源電路，從電路中各點(diǎn)波形變化趨勢(shì)到波形上的紋波參數(shù)與真實(shí)值之間的差異都非常小。在仿真器設(shè)置的方面，Saber的仿真器設(shè)置考慮的方面較廣，更為合理，從截?cái)嗾`差、時(shí)間步長(zhǎng)、結(jié)果保存和輸出等的設(shè)置到分段仿真、條件仿真等，這些方面都能或多或少的對(duì)仿真精度、速度和結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。1.3本論文結(jié)構(gòu)安排本文基于Saber仿真軟件，開(kāi)展關(guān)于開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)改善開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓紋波，提高開(kāi)關(guān)電源的性能。在課題研究中，開(kāi)展數(shù)字電路和模擬電路的仿真，同時(shí)設(shè)計(jì)了一種高可靠性的開(kāi)關(guān)電源。本文的結(jié)構(gòu)安排為：第一章介紹了開(kāi)關(guān)電源的研究背景及意義，并通過(guò)舉例說(shuō)明了開(kāi)關(guān)電源仿真的研究現(xiàn)狀，然后提出本次課題研究的意義及必要性。第二章對(duì)開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理做了簡(jiǎn)要介紹，然后分析了反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理和工作模式，最后概述了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與Saber仿真軟件。第三章對(duì)本次開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析各局部電路工作原理，對(duì)元器件計(jì)算并確定設(shè)計(jì)參數(shù)。第四章針對(duì)第三章的電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)計(jì)算在Saber軟件中仿真驗(yàn)證，并對(duì)電路作出優(yōu)化。第五章對(duì)本文做了總結(jié)，并表達(dá)了針對(duì)此次研究的展望。

第二章開(kāi)關(guān)電源電路仿真基礎(chǔ)2.1開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源一般分為直流-直流和交流-直流兩類，這兩類開(kāi)關(guān)電源其實(shí)在本質(zhì)上都是直流-直流開(kāi)關(guān)變換器，故而對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)也就是直流-直流開(kāi)關(guān)變換器這一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相對(duì)來(lái)說(shuō)較為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)：（1）降壓式（Buck）變換器；（2）升壓式（Boost）變換器；（3）升降壓式（Buck-Boost）變換器；（4）單端正激式變換器；（5）單端反激式（flyback）變換器；（6）半橋式變換器；（7）全橋式變換器；（8）推挽式變壓器[8]。2.2開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制電路的作用，使得如晶體管、晶閘管、場(chǎng)效應(yīng)管、等電子開(kāi)關(guān)器件在工作過(guò)程中不斷地在導(dǎo)通和關(guān)斷這兩種狀態(tài)之間切換，并且利用電子開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓的脈沖調(diào)制的目的，從而完成交流-直流、直流-直流電壓變換，并且能夠自動(dòng)穩(wěn)壓以及可以調(diào)整輸出電壓[9]。換言之，交流電源的電壓輸入在經(jīng)過(guò)整流濾波電路的作用后變成直流電，接著利用高頻PWM(也就是脈沖寬度調(diào)制)或PFM(也就是脈沖頻率調(diào)制)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管的控制，直流電在這時(shí)再輸入到開(kāi)關(guān)變壓器的一次側(cè)，隨后高頻電壓會(huì)在變壓器的二次側(cè)感應(yīng)出來(lái)，同理，這個(gè)電壓也會(huì)通過(guò)整流濾波電路作用之后供給負(fù)載。有時(shí)候會(huì)通過(guò)一定的補(bǔ)償電路反饋給控制電路來(lái)反應(yīng)輸出部分，這里是通過(guò)控制PWM占空比，來(lái)穩(wěn)定輸出，使輸出電壓趨于一個(gè)穩(wěn)定值。2.3反激式開(kāi)關(guān)電源工作原理在BUCK-BOOST電路基礎(chǔ)上通過(guò)一定的演變，然后得到反激式（flyback）開(kāi)關(guān)變換器，這一類開(kāi)關(guān)變換器是在功率開(kāi)關(guān)管截止期間對(duì)負(fù)載進(jìn)行能量的傳輸，其基本拓?fù)淙缦?。圖2-1反激式開(kāi)關(guān)變換器反激式開(kāi)關(guān)電源可以劃分成兩個(gè)不同的工作階段：開(kāi)關(guān)管Q1(即MOSFET管)導(dǎo)通期間和截止期間[10]。Q1導(dǎo)通期間：變壓器T的初級(jí)電感線圈Np此時(shí)流過(guò)電流Ip,并且電感線圈儲(chǔ)存能量(E=Lp*Ip2/2),因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈Np和次級(jí)線圈Ns的極性是相反的，因此在變壓器的次級(jí)部分輸出整流二極管VD是反向截止的狀態(tài)，這時(shí)負(fù)載沒(méi)有能量傳輸。電壓Ui連接在變壓器T的初級(jí)線圈繞組Np上，初級(jí)電流Ip隨之增大，儲(chǔ)存的能量也隨之增加，變壓器的次級(jí)部分二極管VD此時(shí)將承受到反向電壓，此時(shí)負(fù)載的能量由電容C2放電來(lái)提供。在開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通期間，輸入電壓Ui是加在變壓器的初級(jí)線圈繞組Np上的，次級(jí)的線圈繞組Ns的極性與初級(jí)線圈繞組Np極性恰恰是相反的，故次級(jí)的線圈繞組Ns上的感應(yīng)電壓Us=-(Ns/Np)Ui,整流二極管VD此時(shí)會(huì)反向截止，使用沒(méi)有次級(jí)電流流過(guò)，儲(chǔ)能濾波電容C2放電給整個(gè)回路負(fù)載提供能量，設(shè)導(dǎo)通時(shí)間TON時(shí)結(jié)束，初級(jí)電流從最小值ipmin增長(zhǎng)到ipmax,并且是線性規(guī)律，表達(dá)式為ip在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間，增加的磁通量為ΔΦ（＋），根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知ΔΦQ1關(guān)斷期間：由楞次定律分析，變壓器的初級(jí)線圈繞組Np有反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，變壓器次級(jí)部分的整流二極管VD此時(shí)也正向?qū)?，此時(shí)有電流流過(guò)負(fù)載。二極管導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1上的電壓等于Ui+nUo,變壓器給電容充電，初級(jí)電流和次級(jí)電流為：Is=nIp.在TON時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)脈沖電壓為0，開(kāi)關(guān)管Q1截止，變壓器次級(jí)部分的整流管VD正向?qū)?，變壓器線圈電感儲(chǔ)存的能量通過(guò)二極管VD向?yàn)V波電容C２提供能量充電，同時(shí)有輸出電流流過(guò)負(fù)載。變壓器的次級(jí)線圈電感設(shè)為L(zhǎng)S，次級(jí)側(cè)的電流從最大值減小到最小值，也是線性變化的，這時(shí)tI開(kāi)關(guān)管Q1截止期間，變壓器完成去磁作用，磁通量以線性規(guī)律減小，等于ΔΦ由磁通平衡的原理可以得到ΔΦ（＋）＝ΔΦ（-）。2.4反激式變換器的工作模式反激式變換器在穩(wěn)態(tài)條件下工作時(shí)，每個(gè)周期結(jié)束時(shí)依據(jù)電感線圈此時(shí)是否放電到0，能夠把變換器的工作模式劃分為連續(xù)導(dǎo)通模式（即CCM），斷續(xù)導(dǎo)通模式（即DCM），臨界導(dǎo)通模式（BCM）[11]。連續(xù)導(dǎo)通模式和斷續(xù)導(dǎo)通模式如圖所示。圖2-2斷續(xù)模式與連續(xù)模式2.4.1斷續(xù)工作模式（DCM）開(kāi)關(guān)管截止期間，電感線圈放電到0，那么變壓器次級(jí)電流也隨之降低到0，可以說(shuō)此時(shí)反激變換器是在斷續(xù)導(dǎo)通模式工作的，即DCM模式。在功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間變壓器將其在初級(jí)線圈中儲(chǔ)存的能量全部傳輸?shù)酱渭?jí)線圈中，工作過(guò)程為：開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)電流IP以線性規(guī)律增加，導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，初級(jí)電流IP也增大到最大值，開(kāi)關(guān)管Q1截止瞬間，儲(chǔ)存到變壓器初級(jí)線圈中的能量傳送到次級(jí)線圈，次級(jí)電流從最大值同樣開(kāi)始以線性規(guī)律減小，減小到0以后，開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷，此下一個(gè)導(dǎo)通周期還未到來(lái)，所以電容將對(duì)負(fù)載進(jìn)行能量的傳輸。2.4.2連續(xù)工作模式（CCM）開(kāi)關(guān)管截止期間，電感線圈放電沒(méi)有到0，則二次側(cè)電流也沒(méi)有降低到0，那么此時(shí)反激變換器工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式，即CCM模式。開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)線圈中的電流IP從一個(gè)正值開(kāi)始以線性規(guī)律增大，Q1關(guān)斷瞬間，二次側(cè)電流線性下降到這一正值。2.5計(jì)算機(jī)仿真與Saber仿真軟件2.5.1計(jì)算機(jī)仿真概述近年來(lái)由于科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步，具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等許多特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在電力、通信和能源等各領(lǐng)域都能看見(jiàn)它的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真可以減少大量繁雜的人工勞動(dòng)，避免因?yàn)檎`差模型造成不必要的損失，能在很大程度上節(jié)省設(shè)計(jì)成本并減少設(shè)計(jì)周期，極大地推動(dòng)了電力電子行業(yè)的蓬勃發(fā)展[12]。在計(jì)算機(jī)的電力電子仿真中，不同的仿真軟件和方法各有其特點(diǎn)以及針對(duì)性，當(dāng)然也有其局限性，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在現(xiàn)今的發(fā)展趨勢(shì)中，出現(xiàn)了各種仿真軟件，這些仿真軟件也在拓寬其適用面，功能也更加豐富和強(qiáng)大，就目前而言，兩種比較有代表性的方法是：（1）系統(tǒng)：建立的模型仿真忽略了高頻分量對(duì)系統(tǒng)的影響。（2）元件：建立的模型仿真盡可能的考慮到每個(gè)元件的所有特性。計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程為圖2-3計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程2.5.2Saber仿真軟件簡(jiǎn)介Saber仿真軟件是一款混合信號(hào)模擬仿真現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，它是由美國(guó)的Synopsys公司設(shè)計(jì)推出的。作為混合技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、混合信號(hào)仿真以及驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，它在電子、電力電子、機(jī)械、機(jī)電一體化、光學(xué)、光電、控制等領(lǐng)域內(nèi)的各種類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真，處理各種復(fù)雜的混合信號(hào)設(shè)計(jì)并對(duì)其驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性方面而言，功能極其強(qiáng)大。其在數(shù)字、模擬、控制量等方面的混合仿真兼容性高，從初始的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)到設(shè)計(jì)完成后的詳細(xì)驗(yàn)證過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的等各種問(wèn)題都能得到較好的解決[13]。Saber仿真軟件包括SaberSketch和SaberDesigner兩部分。繪制電路圖是在SaberSketch中完成，而電路得仿真模擬分析則是在SaberDesigner中進(jìn)行,可以在SaberScope和DesignProbe中查看仿真模擬得結(jié)果，其具有以下特點(diǎn)：（1）集成度高。繪制原理圖和模擬仿真可以在一個(gè)仿真環(huán)境中進(jìn)行；（2）完整的圖形查看功能。（3）高級(jí)仿真功能完整。直流工作點(diǎn)分析、交流小信號(hào)分析、瞬態(tài)分析、直流掃描分析、蒙特卡羅分析、應(yīng)力分析、零極點(diǎn)分析、傅里葉分析等仿真分析都能進(jìn)行；（4）模塊化和層次化。一個(gè)局部電路可以通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)符號(hào)來(lái)代替，并應(yīng)用于層次設(shè)計(jì)及模擬仿真；（5）強(qiáng)大的收斂性分析。Saber仿真器選擇的算法，可以使得遇見(jiàn)收斂性問(wèn)題的可能性降到最低。相對(duì)于其他電力電子領(lǐng)域內(nèi)的仿真軟件，Saber是具有一些獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)的，例如有：（1）無(wú)論是由底向上的系統(tǒng)驗(yàn)證抑或是自上而下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都能支持；（2具有功能十分強(qiáng)大的混合仿真器；（3）在較為苛刻的條件下，即使是單一的仿真信號(hào)內(nèi)核，仿真結(jié)果同樣精確有效；（4）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，軟件內(nèi)部依次通過(guò)5種不同算法進(jìn)行，一種算法失敗，隨之有下一種算法繼續(xù)進(jìn)行仿真過(guò)程，平衡了仿真精度和仿真時(shí)間之間的矛盾，力求以最少的時(shí)間仿真得到最高的仿真精度；（5）可以通過(guò)直觀的可視化圖形界面對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程達(dá)到全面控制。2.6本章小結(jié)本章首先對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及開(kāi)關(guān)電源得工作原理做了分析及介紹，在此基礎(chǔ)上，對(duì)于本文的研究對(duì)象--反激式開(kāi)關(guān)電源詳細(xì)闡述了其工作原理及工作過(guò)程，并相應(yīng)地介紹了反激式開(kāi)關(guān)電源的兩種工作模式，這是本次研究的主要理論依據(jù)。其次再介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在現(xiàn)代的廣泛應(yīng)用，以及它在應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域時(shí)的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，隨后引出本次研究的主要仿真工具—Saber仿真軟件，對(duì)其主要功能及特點(diǎn)做了簡(jiǎn)要的分析介紹，這是本次研究的主要技術(shù)平臺(tái)支撐。

第三章開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，幾乎都要按照下面的步驟來(lái)進(jìn)行，選擇合適的拓?fù)鋭t是最主要的步驟，使得設(shè)計(jì)合理且達(dá)到使電源穩(wěn)定工作的目的。不同的開(kāi)關(guān)電源有各種適合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其適用場(chǎng)合，反激式電路由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本次設(shè)計(jì)將選取反激式開(kāi)關(guān)電源為設(shè)計(jì)對(duì)象，如圖為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟：圖3-1開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟3.1開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指標(biāo)本次設(shè)計(jì)采用UC2843PWM電流型控制芯片為核心，設(shè)定變壓器工作在DCM模式，搭建了具有兩路輸出的反激式開(kāi)關(guān)電源，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)如下:輸出紋波系數(shù)：≤3%開(kāi)關(guān)頻率f以下是各部分電路設(shè)計(jì).3.2控制芯片UC2843及外圍電路本次設(shè)計(jì)采用UC2843控制芯片為核心，UC2843控制芯片是一款高新能固定頻率的電流型芯片，它可以用極少的外部器件實(shí)現(xiàn)直流到直流的轉(zhuǎn)換以及離線控制功能，因此在設(shè)計(jì)離線式的直流變換電路中，它具有很廣泛的應(yīng)用，如下所示為內(nèi)部結(jié)構(gòu)[14]。圖3-2UC2843內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖它的內(nèi)部包含了有電流檢測(cè)器、基于PWM原理的鎖存器、誤差放大器EA、互補(bǔ)功率放大輸出單元、振蕩器OSC、欠電壓保護(hù)電路、“圖騰柱”輸出端、5V標(biāo)準(zhǔn)參考源和一些輔助電路[15]。開(kāi)關(guān)電源的核心部分是PWM脈寬調(diào)制器，它產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率固定，而且脈沖寬度是可以調(diào)整的，而輸出電壓高低的調(diào)節(jié)，是通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來(lái)控制的，以此穩(wěn)定輸出電壓。內(nèi)部的鋸齒波發(fā)生器在工作時(shí)提供的時(shí)鐘信號(hào)頻率是不會(huì)改變的。閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的構(gòu)成是利用了誤差放大器EA和PWM比較器一起實(shí)現(xiàn)的。用通過(guò)輸出電感的電流信號(hào)，在脈寬比較器輸入端與誤差放大器的輸出端信號(hào)相比較，這樣控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比大小，從而使得誤差電壓的變化可以隨著輸出電感電流的峰值發(fā)生相應(yīng)的變化。在系統(tǒng)電路運(yùn)行中，若出現(xiàn)輸出電壓因某些因素降低的情況，那么驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度也會(huì)在脈寬調(diào)制器的控制下發(fā)生改變，從而使得占空比增大，這樣將升高斬波后的平均值電壓，也就是增大占空比，使斬波后的平均值電壓升高，也會(huì)使得輸出電壓升高，相反的，若輸出電壓增大，那么驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度也會(huì)在脈寬調(diào)制器的控制下發(fā)生改變，從而使得占空比減小，這樣將降低斬波后的平均值電壓，也就是減小占空比，使斬波后的平均值電壓降低，也會(huì)使得輸出電壓降低。UC2843控制芯片外圍電路如圖所示：圖3-3UC2843外圍電路其中VCC和VC通過(guò)15V直流電壓源供電，輸出端接開(kāi)關(guān)電源輸入電路的MOS管，反饋回路的反饋信號(hào)接入comp端，按照經(jīng)驗(yàn)，RCT腳接8.2kΩ電阻和1.5nF電容接地，而vref和comp端則設(shè)計(jì)了一個(gè)軟啟動(dòng)電路。3.2.1軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)電源在剛通電開(kāi)啟的時(shí)候，電路也還沒(méi)有進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài)，此時(shí)需要一段時(shí)間來(lái)產(chǎn)生整個(gè)電路的輸出電壓，所以電路其實(shí)是相當(dāng)于開(kāi)環(huán)的，在電路逐漸進(jìn)入穩(wěn)定工作的這段時(shí)間內(nèi)，芯片的輸出腳輸出信號(hào)的PWM脈沖占空比會(huì)很大，這種情況可能會(huì)使得開(kāi)關(guān)管因?yàn)殡妷哼^(guò)高被擊穿或者開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而直接燒毀。處理這種情況的方法是設(shè)置如上圖所示的軟啟動(dòng)電路，其有電阻R，二極管D，電容C所示。電阻R是與UC2843芯片的8腳VREF相連接，而UC2843芯片的1腳COMP端則與二極管D的陽(yáng)極相連接。軟啟動(dòng)電路設(shè)置完成后，電源剛導(dǎo)通時(shí)電容C的兩端電壓此時(shí)為0，對(duì)于UC2843芯片內(nèi)部的電流檢測(cè)比較器而言，它的反向輸入端電壓此時(shí)也是0，UC2843芯片的輸出腳輸出信號(hào)為低電平，電容C將隨著UC2843的comp端的恒流源和verf端的5V基準(zhǔn)電壓通過(guò)給電阻R放電時(shí)充電[16]，這樣comp端的電壓也逐漸增大，就不會(huì)出現(xiàn)電源一接通就輸出滿偏的情況，同時(shí)也使得電流檢測(cè)比較器內(nèi)部的反向輸入端電壓是慢慢升高的，同步比較逐漸升高的電壓和ISENSE腳的電流檢測(cè)電壓[17]，控制輸出腳輸出的占空比逐漸增大的PWM脈沖，達(dá)到讓電路正常啟動(dòng)的目的，這一過(guò)程即為軟啟動(dòng)[18]。這里選擇電阻R為100k，電容C為1μF，二極管沒(méi)有具體的需求，選擇普通的二極管1N4148即可滿足需求。3.3開(kāi)關(guān)管的計(jì)算與選擇對(duì)于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器而言，功率開(kāi)關(guān)管一般是集成內(nèi)部芯片中，開(kāi)關(guān)電源在利用脈寬調(diào)制器設(shè)計(jì)時(shí)，是離不開(kāi)功率開(kāi)關(guān)管的。在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用中功率開(kāi)關(guān)管主要包括有以下三種：（1）BJT（雙極型）；（2）MOSFET（金屬－氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）；（3）IGBT（絕緣柵－雙極型）。功率開(kāi)關(guān)管的選擇需要注意兩點(diǎn)，一個(gè)是開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度，一個(gè)則是開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降。這兩點(diǎn)都和額定電壓相關(guān)，導(dǎo)通壓降隨著額定電壓越高它也越高，開(kāi)關(guān)速度則相反，額定電壓越高，開(kāi)關(guān)速度則越慢。故在選擇功率開(kāi)關(guān)管時(shí)，需要在額定電壓等于實(shí)際工作電壓1.2~1.5倍條件下，盡量在低壓功率開(kāi)關(guān)管中選擇。在功率開(kāi)關(guān)管的三種類型中，MOS管的具有較短的開(kāi)關(guān)時(shí)間，在開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到100kHz－1MHz的PWM調(diào)制器中應(yīng)用較多，而且它是通過(guò)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)的，靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電流在這時(shí)是不需要的，其還具有通態(tài)電阻小的特點(diǎn)，這也意味著MOS管的損耗較低，目前中、小功率開(kāi)關(guān)電源中選擇功率開(kāi)關(guān)管的趨勢(shì)中，大部分都比較青睞MOSFET開(kāi)關(guān)管。（1）MOS管的耐壓值選擇需要滿足條件：V即MOS管漏源極間耐壓值應(yīng)該要2倍于最大直流輸入電壓,在本論文設(shè)計(jì)中最大輸入直流電壓值Vdcmax（2）MOS管的耐電流選擇需要滿足條件：I其中Idrms指的是MOS管通過(guò)的電流有效值，Iout指的是輸出電流值，Po指的是輸出功率，V（3）MOS管的導(dǎo)通損耗為：P即其導(dǎo)通損耗等于MOS內(nèi)阻和有效電流值的平方。綜上選擇MOSFET耐壓值為800V的MTB4N80E。3.4RCD鉗位電路開(kāi)關(guān)電源中MOSFET開(kāi)關(guān)管截止的瞬間，因?yàn)槟芰績(jī)?chǔ)存在變壓器的鐵芯中，此時(shí)經(jīng)初級(jí)繞組的漏感通過(guò)后，產(chǎn)生的尖峰脈沖電壓很高，而輸入電壓、次級(jí)繞組圈反射到初級(jí)繞組因此產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和這個(gè)尖峰脈沖電壓這三者疊加后，直接接到MOS管的DS漏源極，MOS管會(huì)很容易被擊穿燒毀，所以必須在變壓器初級(jí)繞組回路中設(shè)計(jì)一個(gè)RCD鉗位電路，防止MOS管被擊穿[19]。同時(shí)必須要選擇合適的RCD鉗位電路參數(shù)，否則無(wú)法起到對(duì)MOS管的過(guò)壓保護(hù)作用，還會(huì)增加開(kāi)關(guān)電源管的功耗，使開(kāi)關(guān)管的溫度升高，降低開(kāi)關(guān)電源的效率。3.4.1鉗位電路工作原理反激式開(kāi)關(guān)電源中設(shè)計(jì)的RCD鉗位電路由電阻R，電容C和二極管D組成，故稱RCD鉗位電路，如圖，開(kāi)關(guān)管的等效模型是存在寄生電容的，這個(gè)寄生電容在這里是Coss，在MOS管導(dǎo)通和截止期間，RCD鉗位電路的工作狀態(tài)為：當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，流過(guò)漏極DS的電流在極短時(shí)間內(nèi)減小到零，二極管D導(dǎo)通，電容C的電容值遠(yuǎn)大于Coss，故電感L釋放的能量絕大部分提供給電容C充電。而電容兩端電壓是無(wú)法突變的，它的容量值越大時(shí)，電壓變化率就越小，所以，電容C的設(shè)置就是為了使得MOS管漏源極電壓尖峰值變得更小，同時(shí)也降低MOS管電壓波形變化率。流過(guò)繞組的電流變換方向時(shí)，二極管D是截止的狀態(tài)，電容C也停止充電，隨后電容C向鉗位電阻R提供能量放電[20]。若R太小，電容C放電越快，放電電流極大，很有可能致使鉗位電阻R溫度過(guò)高，損壞電阻，同時(shí)，鉗位電容C兩端電壓波形也會(huì)越平滑。若C太小，電容C充電越快，在極短時(shí)間內(nèi)就會(huì)充滿，MOS管漏源尖峰電壓將會(huì)很高，電壓波形變化率也越快，導(dǎo)致電路出現(xiàn)EMI問(wèn)題。若C太大，電容C兩端電壓上升得很緩慢，變壓器次級(jí)繞組反激過(guò)沖較小，使得變壓器初級(jí)繞組能量不能迅速的傳遞到次級(jí)繞組。若R、C值適中，電容C兩端電壓波形變化率較小，MOS管漏源尖峰電壓較小，S導(dǎo)通時(shí)，電容C兩端電壓放到接近次級(jí)繞組反射電壓，等待下一次S導(dǎo)通到來(lái)，可以正好釋放完能量。3.4.2鉗位電路元件參數(shù)計(jì)算選擇（1）電容C兩端的電壓有可能直接沖到漏感電壓和反電動(dòng)勢(shì)的疊加值，即V電容C的作用是吸收變壓器漏感的能量，其容量C的值由下式?jīng)Q定：C其中Le表示漏感，單端反激式開(kāi)關(guān)變換器一般為40~100μH，假設(shè)漏感等于原邊電感得3%，這里取45μH計(jì)算；Vr指的是反電動(dòng)勢(shì)，且Vr=2nVoutI（2）電阻R得設(shè)置是消耗變壓器開(kāi)斷期間電容C放出的能量，電容C釋放能量時(shí)，漏感電動(dòng)勢(shì)?Vpp的值不發(fā)生變化，根據(jù)放電常數(shù)τ和變壓器關(guān)斷時(shí)間的關(guān)系可以得到（以周期的0.63RC其中T=1f，f是變壓器的工作頻率；功耗是P=L二極管D的取值，要確保耐壓值大于10%的疊加值，而耐流值的選擇則要超過(guò)輸入電流平均值的10%，另外根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇慢速二極管時(shí)，對(duì)于EMI較好[21]。3.5變壓器的設(shè)計(jì)變壓器利用線圈繞組互感來(lái)完成能量傳送或者信號(hào)傳輸?shù)?，在開(kāi)關(guān)電源的主電路中，變壓器可以隔離輸入電路與輸出電路，也可以變換電壓，在控制電路中，則可以隔離或者變換檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)合適的變壓器顯得尤為重要，變壓器的選擇將直接影響整體電路的性能。3.5.1高頻變壓器設(shè)計(jì)原則（1）滿足匝數(shù)比原則依變壓器工作原理，不考慮繞組電阻時(shí)，初級(jí)、次級(jí)電壓比等于側(cè)匝數(shù)比。設(shè)變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)為Np,次級(jí)繞組匝數(shù)為Ns,輸入電壓的最小值等于Vinmin，輸出電壓等于Vo,整流二極管的壓降等于VDF，占空比TON/TS的最大值等于Dmax。本次設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源變換器是單端反激式的，則必須滿足條件如下：N（2）滿足磁芯不飽和要求設(shè)變壓器一次繞組上的電壓方波值是Vin，一次繞組匝數(shù)等于NP，由法拉第電磁感應(yīng)定律V又因?yàn)榇磐é?BS，在0~TON時(shí)間內(nèi)積分，而由I可以得到

N其中Vin是輸入電壓，TON是開(kāi)通時(shí)間，單位是μs；S是面積，單位是cm2（3）滿足溫升最小和損耗的要求變壓器在工作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)溫度升高的情況，這是由于磁磁芯產(chǎn)生的損耗（即鐵損）和繞組的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的損耗（即銅損）引起的。隨不同大小的工作頻率，變壓器的鐵損和銅損大小之間的關(guān)系也不一樣，而銅損在一次繞組和二次繞組損耗相等時(shí)最小，當(dāng)鐵損與銅損相等時(shí)，變壓器的總損耗值最小，變壓器的溫升計(jì)算方法是總損耗與變壓器熱阻的乘積[22]。在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，為獲得最小的銅損，應(yīng)使得初級(jí)繞組所占的面積和次級(jí)繞組所占的面積相等，對(duì)磁芯的工作頻率和磁通密度的選擇都要盡可能合理，取得最小的鐵損。假設(shè)初級(jí)繞組匝數(shù)等于NP，銅導(dǎo)線的電阻為ρ（Ω?mm），磁芯可繞線的面積是ACW（mm2）,初級(jí)繞組的占有率等于K0，故每匝對(duì)應(yīng)的面積是ACWKR初級(jí)繞組線圈匝電阻等于

R由于高頻電流的趨膚效應(yīng)，阻值會(huì)增大，用交流高頻電流電阻與直流電阻之比RAC

R所以初級(jí)繞組的銅損等于

P（4）滿足分布參數(shù)限制在最小的要求由于開(kāi)關(guān)電源變壓器在工作時(shí)傳輸?shù)碾妷汉碗娏饕话愣远际歉哳l脈沖，發(fā)生瞬變的時(shí)由于變壓器自身存在的分布電容和漏感會(huì)造成浪涌電流、尖峰脈沖電壓以及振蕩的出現(xiàn)，不僅有電磁干擾的危害，還會(huì)造成不必要的損耗、時(shí)工作效率降低、增加功率開(kāi)關(guān)器件的應(yīng)力。導(dǎo)體與導(dǎo)體之間存在電位差，這個(gè)電位差致使了分布電容的出現(xiàn)，而漏磁通則是造成漏感的原因，在滿足上述要求外，應(yīng)盡量減少線圈匝數(shù)，減小分布電容和漏感對(duì)電源工作的影響。3.5.2變壓器參數(shù)計(jì)算（1）設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)為本次研究設(shè)計(jì)參數(shù)如下：輸入電壓Vin=400V輸出電壓1V1=5V輸出電壓2V2=15V輸出功率1P1=5W輸出功率2P2=15W輸出紋波系數(shù)≤3%開(kāi)關(guān)頻率fs設(shè)定變壓器工作在DCM模式下。（2）計(jì)算最大占空比（Dmax）本次設(shè)計(jì)指標(biāo)為輸入最小直流電壓VDCminV這里，VMmax是開(kāi)關(guān)管MOSFET的耐壓值等于800V，Vo是輸出電壓等于15V，所以

D（3）變壓器工作在DCM模式下，此時(shí)原邊脈動(dòng)電流和峰值電流的比例因數(shù)Kap=1[（4）計(jì)算原邊電流和原邊電感量計(jì)算平均電流I計(jì)算峰值電流I故原邊電感量L（5）選擇磁芯大小由于變量過(guò)多，初始選擇是粗略的，通過(guò)AP法來(lái)計(jì)算。繞組填充系數(shù)K取0.3，磁通密度ΔB取0.2T，電流密度J一般在200~600Acm4之間，這里取300，效率η預(yù)設(shè)為0.8，視在功率

A經(jīng)過(guò)計(jì)算并通過(guò)參照變壓器磁芯數(shù)據(jù)表，選擇ETD19磁芯。（6）計(jì)算原邊繞組、副邊繞組和偏置繞組匝數(shù)設(shè)定變壓器工作在DCM模式下，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有原邊繞組匝數(shù)N這里的Ae是鐵心等效截面積，查找ETD１９磁芯的數(shù)據(jù)表可知Ae=41.30mm2副邊繞組由公式N這里VD3.6輸出反饋回路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)主要是由PWM調(diào)制器、變壓器、開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路、反饋控制環(huán)路等構(gòu)成，故開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和反饋控制設(shè)計(jì)關(guān)系緊密，在設(shè)計(jì)反饋控制回路前，需要得到PWM控制器、變壓器、開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路等的動(dòng)態(tài)模型，然后得到被控元器件的數(shù)學(xué)公式，由此推導(dǎo)得到傳遞函數(shù)，在分析時(shí)域特性和頻域特性，由此從理論上分析開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)模型和補(bǔ)償回路。3.6.1反饋環(huán)路控制理論如圖所示的控制系統(tǒng)框圖圖3-4控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為V當(dāng)分母1+G(s)H(s)=0時(shí)，可知輸出將等于無(wú)窮大，系統(tǒng)也不收斂，不可靠工作，缺少穩(wěn)定性[24]。令經(jīng)過(guò)上述簡(jiǎn)單計(jì)算分析可知，G(S)和H(S)在影響擾動(dòng)信號(hào)的情況下，擾動(dòng)信號(hào)的模依舊沒(méi)有改變，另一方面相位變化了180°，我們則可以判定這是一個(gè)不穩(wěn)定工作的閉環(huán)系統(tǒng)。然而，這個(gè)系統(tǒng)因?yàn)槭秦?fù)反饋系統(tǒng)的緣故，H(S)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生影響之后，已經(jīng)發(fā)生了180°的相位變化，基于這個(gè)原因，我們?cè)诿枋鲞@樣的負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，則為：若擾動(dòng)信號(hào)在主電路的影響和反饋電路的影響下，它的模大小沒(méi)有發(fā)生改變，它也沒(méi)有相位變化，我們則稱這是一個(gè)不穩(wěn)定工作的系統(tǒng)。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的增益為等于1的時(shí)候，我們稱這個(gè)頻率是穿越頻率，換算為dB單位：20log1=0dB。以自動(dòng)控制理論來(lái)說(shuō)，在穿越頻率點(diǎn)上，當(dāng)相位變化不是等于180°時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)就能穩(wěn)定工作。但是由于系統(tǒng)的變化性，各種參數(shù)可能受環(huán)境因素影響發(fā)生改變，若這種影響是的相位變化趨于180°，那么系統(tǒng)則有很大可能會(huì)由穩(wěn)定變成不穩(wěn)定工作的狀態(tài)，在實(shí)際中要預(yù)設(shè)這種情況的出現(xiàn)并盡量規(guī)避它，此時(shí)應(yīng)保證系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)相位變化與180°之間留有充足的裕量?，F(xiàn)在在工程設(shè)計(jì)中普遍的處理辦法是留有45°的相位裕量，這也意味著相位變化要比135°小，這種處理方法既顧及了環(huán)路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方面也滿足了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的要求，理論分析知留有的相位裕量若其值太大，那么會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的速度慢下來(lái)。根據(jù)自動(dòng)控制理論，在整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)路電路中，如果有一個(gè)極點(diǎn)，那么增益曲線斜率會(huì)在此極點(diǎn)轉(zhuǎn)折頻率上增加-1，如果有一個(gè)零點(diǎn)，那么增益曲線斜率會(huì)在此零點(diǎn)的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)上增加+1，這也就是工程上稱的零極點(diǎn)系統(tǒng)。3.6.2反激式開(kāi)關(guān)電源的反饋回路對(duì)于反激式開(kāi)關(guān)電源而言，由于反激式拓?fù)錄](méi)有LC濾波電路造成的-180°相位落后，所以反饋補(bǔ)償回路較為簡(jiǎn)單。輸出濾波電路有一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)，所以在工程設(shè)計(jì)上通常用具有一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)的Ⅱ型補(bǔ)償電路作為反激式拓?fù)涞姆答伩刂齐娐?。如圖所示是Ⅱ型補(bǔ)償電路的微分等效電路。圖3-5典型Ⅱ型補(bǔ)償電路的微分等效電路其傳遞函數(shù)為

G變壓器工作在DCM模式下，其本質(zhì)上是一個(gè)儲(chǔ)能電感，開(kāi)關(guān)周期內(nèi)變壓器的初級(jí)繞組線圈儲(chǔ)存的能量傳遞到次級(jí)側(cè)，如圖所示。圖3-6典型開(kāi)關(guān)電源能量傳輸回路斷續(xù)模式下控制到輸出的傳遞函數(shù)為G這里，CO1是主反饋電容，RC1是主反饋電容的ESR，則是等效到主反饋的總負(fù)載，wz是傳遞函數(shù)的零點(diǎn)，wz=直流增益為G依據(jù)上述自動(dòng)控制理論分析，在主電路上添加反饋回路后，為了使得系統(tǒng)穩(wěn)定工作，要讓系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)滿足：（1）穿越頻率留有的相位裕量在理論上要比45°大；（2）幅頻曲線在經(jīng)過(guò)穿越頻率點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該滿足其斜率等于-20dB/decade；（3）相位變化等于-180°時(shí)，應(yīng)該盡量使得增益裕量比10dB?。唬?）盡可能增大低頻增益3.6.3反饋回路設(shè)計(jì)對(duì)于單端反激式開(kāi)關(guān)電源，在設(shè)計(jì)這一電路的反饋回路時(shí)，穩(wěn)壓管TL431與光耦模式的應(yīng)用是比較常見(jiàn)且廣泛的，本次設(shè)計(jì)也將采用這一結(jié)構(gòu)。UC2843芯片作為一款電流型控制芯片[25]，它將位于變壓器的初級(jí)側(cè)來(lái)控制開(kāi)關(guān)管MOSFET，而在反饋回路中，穩(wěn)壓管TL431扮演的角色是基準(zhǔn)和反饋誤差放大器，它通過(guò)對(duì)輸出電壓信號(hào)采樣，這時(shí)將會(huì)計(jì)算出一個(gè)誤差電壓，而這個(gè)誤差電壓在光耦的作用下將轉(zhuǎn)變成誤差電流，然后耦合到初級(jí)電路，與UC2843芯片的comp端相連接，輸入到UC2843中，在這個(gè)輸入的誤差電流下，UC2843芯片內(nèi)部會(huì)有相對(duì)應(yīng)的占空比信號(hào)產(chǎn)生，并通過(guò)這個(gè)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管MOSFET，這種反饋回路的設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于可以將反饋信號(hào)時(shí)間直接等效于放大器的傳輸時(shí)間，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。（1）基準(zhǔn)電源芯片TL431是一款性能優(yōu)良的三端可編程式并聯(lián)穩(wěn)壓器，它的電壓可調(diào)范圍為2.5~36V。其等效電路圖如圖所示：圖3-7TL431等效電路圖TL431芯片有三個(gè)引腳，這三個(gè)引腳是參考電壓、陽(yáng)極和陰極，其中，在參考端存在兩個(gè)電阻，這兩個(gè)電阻起到分壓的作用，參考電壓經(jīng)過(guò)這個(gè)引腳輸入；陽(yáng)極一般情況下接地；陰極則一般接一個(gè)限流電阻到電源的正極。因此在功能上，可以簡(jiǎn)化成內(nèi)部集成電路2.5V的基準(zhǔn)電壓、差分運(yùn)算放大電路和集電極開(kāi)路的三極管構(gòu)成。在等效電路圖中，Vref的值是2.5V，得到的參考電壓V（2）光耦是一種通過(guò)光線采樣作為中間介質(zhì)，然后再傳輸電信號(hào)的器件，當(dāng)輸入端輸入的是電信號(hào)時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光器將產(chǎn)生光線，受光器在被光線照射到后后產(chǎn)生光電流，這樣就完成了“電-光-電”控制過(guò)程。光耦有線性和非線性兩種，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的反饋回路，設(shè)計(jì)中通常采用的是線性光耦，這是因?yàn)榫€性光耦的電流傳輸曲線是線性的，傳輸小信號(hào)在這種情況下傳輸?shù)姆€(wěn)定性更高。在本次設(shè)計(jì)中，采用了OPB871N557光耦。（3）基于TL431的光耦反饋控制電路如圖所示。圖3-8基于TL431的光控反饋回路輸出電壓大于13.5V時(shí)，TL431的參考端電壓大于2.5V，此時(shí)陽(yáng)極與陰極導(dǎo)通，從而光耦輸入端的發(fā)光二極管導(dǎo)通，這時(shí)輸出端的三極管也導(dǎo)通，輸入到UC2843的comp端被拉低到0；當(dāng)輸出電壓小于13.5V時(shí)，TL431的參考端電壓小于2.5V，此時(shí)陽(yáng)極和陰極不導(dǎo)通，發(fā)光二極管也不導(dǎo)通，輸出端三極管截止，輸入到UC2843芯片comp端的電壓為高電平[26]。分析計(jì)算TL431反饋回路中電阻R1－R4的取值。在反饋回路中，電阻R1與電阻R2串聯(lián)，擔(dān)任分壓的作用，輸出電壓恒定不變時(shí)，TL431芯片的參考端電壓等于2.5V，盡量使得調(diào)整精確，電阻R1和電阻R２的取值選取也要采取精密的選擇，應(yīng)該選取的精度達(dá)到1%，而電阻R2的取值還要考慮TL431參考端的輸入電流是1.8μA，而這個(gè)電流可能會(huì)影響電阻R1和R2的分壓，所以為了盡量避免出現(xiàn)這一情況，同時(shí)也減少電路中噪聲的影響，流過(guò)電阻R2的電流值要遠(yuǎn)大于TL431參考端的輸入電流，可取為T(mén)L431參考端輸入電流的100倍即0.18mA，故電阻R2的取值應(yīng)該小于2.5V0.18mA=13.9kΩ，另一方面，考慮到電阻對(duì)電路的功率消耗，電阻R2的取值應(yīng)該盡可能的小，本次論文設(shè)計(jì)中，輸出電壓為15V，考慮電阻R1取值為10kΩ，電阻R2取值為2kΩ電阻R3和光耦LED正極串聯(lián)，再與電阻R4并聯(lián)，這樣構(gòu)成一個(gè)電流源，這個(gè)電流源將為T(mén)L431提供最小工作電流，為使TL431正常工作，在流過(guò)電阻R3的電流趨于0時(shí)，也要大于1mA，而光耦LED的正向壓降等于2V，則需要滿足R另一方面，光耦的輸出電流I4也存在條件，I4＝I3CTR，CTR指的是光耦的電流傳輸比，經(jīng)查詢數(shù)據(jù)手冊(cè)知，光耦通過(guò)的電流最大承受值等于50mA，這時(shí)則需要考慮電路的限流保護(hù)作用，又因?yàn)門(mén)L431芯片的最大耐流值等于100mA，則有下面的滿足條件R這里取電阻R3為750Ω，電阻R4取值1.5kΩ。就自動(dòng)控制理論而言，對(duì)TL431反饋回路中的電阻R1~R4的取值分析是靜態(tài)分析，那么對(duì)于電阻R5、電容C1的取值分析則是動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。這里的電容C1的設(shè)計(jì)是采用了相位補(bǔ)償中的電容滯后補(bǔ)償?shù)姆椒āＴO(shè)計(jì)中通常引入負(fù)反饋來(lái)系統(tǒng)具有更好的性能，但是這一做法卻可能會(huì)使得系統(tǒng)自激振蕩，從而不穩(wěn)定工作，為了消除振蕩，使系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定工作，則采用相位補(bǔ)償法，即上文提到的穿越頻率的相位裕量一般要大于45°，這里引進(jìn)極點(diǎn)，使增益迅速降低，在相位角尚未到達(dá)135°時(shí)降到0，系統(tǒng)穩(wěn)定，此時(shí)引入零點(diǎn)，同極點(diǎn)相反，使曲線斜率維持到1，這便是工程上常采用的具有一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn)的Ⅱ型補(bǔ)償電路。TL431反饋回路的傳遞函數(shù)為G代入s=jω，則有G?！辔唤恰嫌缮衔目芍狣CM模式下控制到輸出的傳遞函數(shù)是G3.7輸出電壓紋波抑制3.7.1紋波的產(chǎn)生與抑制紋波就是疊加在直流分量中的交流分量，它是由于功率高頻開(kāi)關(guān)作用在輸出端產(chǎn)生的[27]。開(kāi)關(guān)電源電路中，輸出電流在流經(jīng)輸出電容時(shí)，輸出電容存在等效電阻，因此產(chǎn)生壓降，這時(shí)電容上不斷地有脈動(dòng)電流流過(guò),它的頻率等于電源的頻率。紋波的存在有許多潛在的危害[28]：在用電器上產(chǎn)生諧波；使電源的工作效率變低，損耗增加;比較大的紋波會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或電流，電器有可能被燒壞;增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率;產(chǎn)生噪音，圖像音響設(shè)備將不能正常工作。故而紋波的抑制成為開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定可靠工作的首要任務(wù)。電容的ESR是指電容的等效串聯(lián)電阻。在理想條件下，電容是不存在電阻的，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，電容會(huì)像電阻一樣引起壓降。我們?cè)谠O(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，應(yīng)該考慮電容的ESR，并選擇其值小的電容，以達(dá)到抑制紋波的目的。一般而言，我們有三種方式來(lái)減少電壓紋波：（1）選擇較大的電感和輸出濾波電容。因?yàn)榱鬟^(guò)電感的電流，其波動(dòng)時(shí)的值的大小和電感的值成反比，電壓紋波的大小則與輸出電容值是反比關(guān)系，所以選擇大的電感和電容可以很有效地減小紋波；（2）選擇LC濾波器。在抑制噪聲紋波的應(yīng)用中，LC濾波器可以起到很好的作用，其可以合理計(jì)算并選擇電感電容構(gòu)成的濾波電路來(lái)除去指定頻率的紋波；（3）輸出接LDO濾波。這是目前最有效的方法，有恒定的輸出電壓，并且可以保持原本的反饋系統(tǒng)，缺點(diǎn)是功率高，成本也高。3.7.2紋波抑制電路設(shè)計(jì)在本次論文設(shè)計(jì)的反激式開(kāi)關(guān)電源電路中，開(kāi)關(guān)頻率為135kHz，考慮在輸出端通過(guò)電容的并聯(lián)來(lái)降低電容的ESR，來(lái)降低輸出電壓的紋波。5V輸出端沒(méi)有反饋電路，15V輸出端設(shè)計(jì)有反饋補(bǔ)償回路。如圖所示為輸出部分電路原理圖。圖3-9輸出電路設(shè)計(jì)如上圖所示，在5V輸出端，通過(guò)220μF電容與10μF電容并聯(lián)，并與負(fù)載電阻5Ω并聯(lián)；在15V輸出端，負(fù)載電阻15Ω，也采用220μF電容與10μF電容并聯(lián)，并與500Ω并聯(lián)，并在Saber仿真軟件中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。3.8本章小結(jié)本章先對(duì)此次開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)作了介紹，然后分析各部分電路，對(duì)電路元件進(jìn)行計(jì)算，其中包括對(duì)控制芯片UC2843的選擇及內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)功能分析，然后設(shè)計(jì)外圍電路，分析了軟啟動(dòng)電路的原理，并對(duì)電路中的元件參數(shù)計(jì)算，RCD鉗位電路的工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算，然后對(duì)主電路部分的功率開(kāi)關(guān)管MOSFET和變壓器進(jìn)行了計(jì)算選型，其后設(shè)計(jì)并分析了TL431芯片與光耦構(gòu)成的反饋補(bǔ)償回路的工作原理并分析了回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，選定合適的元器件參數(shù)，最后，對(duì)此次開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)目標(biāo)—抑制輸出電壓的紋波簡(jiǎn)析了其抑制辦法并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路，在此基礎(chǔ)上，下一章節(jié)中，將對(duì)各部分電路進(jìn)行基于Saber仿真軟件的仿真驗(yàn)證，在仿真的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)，完成本次開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)。

第四章Saber仿真軟件驗(yàn)證及優(yōu)化4.1Saber中原理圖搭建基于前文介紹的Saber仿真軟件以及對(duì)開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)將在Saber仿真軟件中搭建完整的電路原理圖，對(duì)各部分設(shè)計(jì)電路進(jìn)行對(duì)應(yīng)的仿真分析，做出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。下面是Saber中搭建的原理圖。圖4-1Saber搭建原理圖4.2電路設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證與分析本論文在Saber仿真軟件中針對(duì)所設(shè)計(jì)的反激式開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析，開(kāi)始先驗(yàn)證各部分電路設(shè)計(jì)是否合理，以及參數(shù)選擇是否正確，利用Saber仿真工具完整的仿真功能，多種仿真方法相結(jié)合，從而完善各部分電路的參數(shù)選擇，對(duì)整體電路起到優(yōu)化作用，從而設(shè)計(jì)出合理、完整、可靠的反激式開(kāi)關(guān)電源。4.2.1軟啟動(dòng)電路仿真驗(yàn)證在電源剛剛接通是時(shí)，加在電路中的電容電壓緩慢上升得較為緩慢，在UC2843控制芯片的comp端，占空比緩慢展開(kāi)，完成軟啟動(dòng)過(guò)程。如下圖4-2為軟啟動(dòng)過(guò)程中，UC2843芯片的comp端電壓波形。圖4-2軟啟動(dòng)過(guò)程comp端波形可以觀察到UC2843芯片的comp端電壓緩慢升高，同時(shí)占空比也逐漸增大。同時(shí)，軟啟動(dòng)過(guò)程中，按照設(shè)計(jì)要求的兩路輸出，5V端和15V端輸出電壓波形如下圖所示：圖4-35V輸出電壓圖4-415V輸出電壓由兩端輸出電壓可知，5V端輸出電壓緩慢升高，趨于5.17V；15V端輸出電壓緩慢升高，然后趨于15.14V，基本符合軟啟動(dòng)過(guò)程的預(yù)設(shè)要求，同時(shí)也基本符合本次開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的輸出電壓預(yù)設(shè)，下文將對(duì)輸出電壓做進(jìn)一步的仿真分析。4.2.2RCD鉗位電路仿真驗(yàn)證本論文設(shè)計(jì)RCD鉗位電路原理圖搭建如圖所示圖4-5RCD鉗位電路原理圖依據(jù)上文的計(jì)算分析，下面以兩組電阻R、電容C不同取值來(lái)仿真驗(yàn)證RCD鉗位電路的設(shè)計(jì)合理性。取電阻R=33kΩ，電容C=2.2nF,此時(shí)開(kāi)關(guān)管MOSFET漏極電壓波形和驅(qū)動(dòng)電壓波形如下圖所示：圖4-6開(kāi)關(guān)管MOSFET漏極電壓1圖4-7開(kāi)關(guān)管MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓1觀察電壓波形可知，驅(qū)動(dòng)電壓波形占空比是0.236，幅值是16.427V，由圖4-5可知開(kāi)關(guān)管MOSFET的電壓峰值應(yīng)力為653.14V，經(jīng)過(guò)計(jì)算，此時(shí)電阻的功耗等于1.6W；取電阻R=100kΩ，電容C=10nF，同理進(jìn)行瞬態(tài)分析，在CosmosScope中有開(kāi)關(guān)管MOSFET的漏極電壓波形和驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖所示：圖4-8開(kāi)關(guān)管MOSTFET漏極電壓2圖4-9開(kāi)關(guān)管MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓2觀察電壓波形可知驅(qū)動(dòng)電壓波形占空比是0.235，幅值是16.654V，由圖四-8可知開(kāi)關(guān)管MOSFET的電壓峰值應(yīng)力為676.58V，經(jīng)過(guò)計(jì)算，此時(shí)電阻的功耗等于0.78W。比較兩組R、C的值，得出滿載工作占空比達(dá)到23%，且功率開(kāi)關(guān)管MOSFET漏極電壓均小于700V，在留有足夠安全裕量的情況下，開(kāi)關(guān)管MTB4N80E的耐壓值符合設(shè)計(jì)要求；此時(shí)流過(guò)MOSFET的峰值電流波形如圖所示：圖4-10開(kāi)關(guān)管MOSFET峰值電流其峰值電流為0.8976A，亦符合設(shè)計(jì)要求。另一方面，第二組R、C的值相對(duì)與第一組R、C的值都適當(dāng)增大，MOSFET管驅(qū)動(dòng)電壓基本沒(méi)有變化，漏極電壓幅值有小幅增大，同時(shí)，相對(duì)于R為33kΩ時(shí)，其功耗為1.6W，而電阻R為100kΩ時(shí)，其功耗為0.78W，為了減少RCD鉗位電路能量的消耗，避免降低開(kāi)關(guān)電源電路的效率，故選擇電阻R=100kΩ，電容C=10nF.4.2.3變壓器設(shè)置Saber仿真軟件中，變壓器的參數(shù)設(shè)置如圖所示：圖4-11變壓器參數(shù)設(shè)置其中，線性變壓器的參數(shù)說(shuō)明如下表所示：L1初級(jí)電感量L2次級(jí)繞組電感量L3第三繞組電感量N1初級(jí)匝數(shù)N2次級(jí)匝數(shù)N3第三級(jí)匝數(shù)len磁路長(zhǎng)度area磁路截面面積K互感系數(shù)Matl磁芯材料Len_air氣隙長(zhǎng)度，mLen_fe磁路長(zhǎng)度，m表4-1變壓器參數(shù)說(shuō)明因?yàn)殡姼斜鹊扔谠驯鹊钠椒剑罁?jù)上文有原邊電感量是1.59mH變壓器匝比為120:10:4，故在Saber仿真軟件中變壓器參數(shù)設(shè)置為L(zhǎng)1=1.59m，L2=1.65u，L3=11.04，如上圖4-11所示。4.2.4反饋電路仿真驗(yàn)證依據(jù)第三章中輸出反饋回路的設(shè)計(jì)，Saber仿真軟件中搭建原理圖的反饋補(bǔ)償回路部分如下圖所示。采用TL431穩(wěn)壓管與光耦的模式，在Saber仿真中，光耦元件使用OPB871N557XV。圖4-12反饋補(bǔ)償回路在第三章的計(jì)算中，15V端輸出電壓通過(guò)R1=10kΩ和R2=2kΩ分壓，TL431芯片的參考端（ref）電壓為2.5V，同時(shí)確定R3=750Ω和R4=1.5kΩ并聯(lián)，下面通過(guò)仿真驗(yàn)證并選擇補(bǔ)償電容C的取值。如圖所示是電阻R5兩端電壓波形圖:圖4-13R5兩端電壓TL431穩(wěn)壓管的ref端電壓波形如圖所示：圖4-14參考端電壓由電壓波形圖可知，電阻R5兩端電壓等于2.4956V，TL431的參考端電壓等于2.4964V，兩者基本相等，驗(yàn)證了上文分壓的理論計(jì)算。啟動(dòng)過(guò)程中，TL431的電壓和電流波形如圖所示：圖4-15TL431陰極電壓圖4-16TL431陰極電流分析啟動(dòng)過(guò)程TL431芯片陰極電壓和陰極電流波形，以及參考端電壓波形，在1.217ms時(shí)刻參考端電壓逐漸升到2.5V，此時(shí)三極管導(dǎo)通，陰極開(kāi)始有電流通過(guò)并迅速升高，陰極電壓逐漸增大，并在此時(shí)發(fā)生跳變，驗(yàn)證了上文中TL431的工作過(guò)程。如下圖所示是UC2843芯片RCT腳的電壓波形。圖4-17UC2843芯片RCT腳波形由波形圖可以看出，振蕩器斜波，以此來(lái)提供所需要的斜率補(bǔ)償。此時(shí)通過(guò)負(fù)載的電壓波形如圖所示：圖4-185V端負(fù)載電壓波形圖4-1915V端負(fù)載電壓波形由圖4-17可知，1.6ms時(shí)刻輸出電壓過(guò)沖達(dá)到5.29V，其后緩慢降落，最終達(dá)到穩(wěn)定，電壓在5.10V附近，因此，需要適當(dāng)調(diào)整匝比，確保輸出電壓能夠穩(wěn)定在5V；由圖4-18可知，輸出電壓在1.7ms左右過(guò)沖達(dá)到15.372V，過(guò)沖不是很大，其后緩慢降落，在5.0ms左右趨于穩(wěn)定，并后續(xù)一直保持在15.0V左右，動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果較好，但響應(yīng)速度較慢，可適當(dāng)調(diào)整反饋補(bǔ)償電路，更改反饋補(bǔ)償電容值。4.3輸出電壓紋波測(cè)試與優(yōu)化按照第三章中對(duì)輸出電路抑制紋波的設(shè)計(jì)，在Saber仿真軟件中對(duì)開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)行瞬態(tài)分析（TR分析），并分別測(cè)試5V和15V輸出電壓端的紋波電壓。如下圖所示為5V輸出端，在未設(shè)置電容并聯(lián)時(shí)，輸出紋波波形。圖4-205V輸出未并聯(lián)電容紋波電壓由波形圖可知，輸出電壓穩(wěn)定在5.07V左右，此時(shí)電壓峰值達(dá)到5.2456V，故此時(shí)紋波系數(shù)達(dá)到4.8%，可見(jiàn)此時(shí)紋波電壓過(guò)大，偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)，不符合設(shè)計(jì)要求。因此，設(shè)計(jì)通過(guò)220μF電容與10μF電容并聯(lián)，來(lái)減少輸出電壓的紋波，如下圖所示是并聯(lián)電容后的輸出紋波電壓。圖4-215V輸出并聯(lián)電容紋波電壓由波形圖可知，此時(shí)輸出電壓在5.13V左右，電壓峰值達(dá)到5.1499V，故紋波系數(shù)達(dá)到2.8%，小于設(shè)計(jì)要求3%，相比于未采用電容并聯(lián)時(shí)，較大程度上減少了輸出電壓紋波，符合設(shè)計(jì)要求。同理，在15V輸出端通過(guò)220μF電容與10μF電容并聯(lián)時(shí)，也極大地降低了輸出電壓地紋波，如下圖所示。圖4-2215V輸出并