基于PSpice的开关电源设计与仿真论文

目录摘要 [10]图3—6PWM控制电路和采样稳压电路第四章反激式开关电源的PSPICE仿真分析4.1PSPICE仿真软件的介绍PSPICE是由早期的SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)发展和拓展而来的，可用于电路设计的一款功能齐全的仿真软件。可以进行直流工作点分析、瞬态分析，交流小信号分析等。在实际应用中由于Pspice仿真软件仿真结果与实际电路的结果相差不大，所以在做实际电路初期可以用Pspice软件进行仿真，减小开发周期。Pspice主要优点：（1）仿真模型库里面的器件，具有3万多个器件模型，对于没有模型的器件很多厂商都会在官网发布器件的Pspice仿真模型，这样只要添加模型到库文件就可以调用器件。缩短了因为自己建模而延长的开发周期。（2）可以以文本建模或者在交互窗口中以原理图的输入形式，进行模拟或数字分析，具有模拟和数字混合仿真功能，这是大多数市面上别的仿真软件不具备的功能。（3）Pspice具有强大的模拟功能和系统分析功能。工程师可以使用传递函数框图的方法进行时域分析，也可以通过系统分析从不同的角度对设计的电路进行优化设计。REF_Ref39007400\r\h[11]4.2反激式开关电源Pspice仿真设计根据第三章的分析，在实际仿真电路图中并没有出现抗干扰滤波电路，因为仿真是在元件理想情况下进行，加入抗干扰滤波电路反而造成仿真时间加长和仿真时参数不收敛。但在真正利用仿真电路图设计PCB或者焊接电路的时候一定要加入抗干扰滤波电路。对于UC3842的供电，在实际仿真时没有选择辅助绕组为其供电，因为电路输入220V交流电在仿真开始的0~3ms内，经过整流的电压没有达到310V，这造成了辅助绕组的输出电压并没有达到芯片工作的最低电压，从而使芯片UC3842欠压锁定，没有PWM波输出，这样辅助绕组就会一直没有电压造成恶性循环。但是在实际电路中不会出现这样的情况。基于这种考虑在仿真时选择了19.5V的直流电压源为芯片供电。仿真电路如图4—1。图4—1反激式开关电源Pspice仿真电路图4.3Pspice仿真结果分析在Pspice中执行瞬态仿真分析，设置仿真的时间段，查看各个节点的电压和电流，如下图4—2为控制芯片UC3842第六脚推挽输出端、初级线圈的电压波形和输入电压。图4—2输出满载时的PWM波和开关管漏极波形图4—2中，红色为输出的PWM波，绿色为开关管漏极的波形，蓝色为输入电压，输出的波形结果与理论分析一致。在图4—2中加入钳位二极管阴极电压，并放大开关管漏极波形，分析钳位电路。波形如图4—3。图4—3钳位电路波形分析图中绿色为开关管漏极波形，蓝色为输入电压，红色为钳位二极管阴极波形。在输入电压310V时，从图中坐标计算得：钳位电压为405-310V,即95V。尖峰电压为444V，则二极管过脉冲幅度为444-405V，即39V。这与第三章设计输入电压为360V时，钳位电压理论值130V，二极管过脉冲幅度理论值20V，有不少的出入，但由于仿真和实际应用中输入电压在310V，所以钳位电路符合理论要求。图4—4满载时输出电流，输出电压和功率的波形图查看在满载情况下输出电压，输出电流和功率的波形，并测量相关数据，如图4—4所示，图中绿色波形为负载电阻R4上的电流，红色为电压。将图中表格整理如下表4—1设计指标实际最大值实际最小值纹波电压19.5V19.47591V19.45515V 44mV电流5A4.99382A4.98850A11.5mA功率97.5W97.25924W97.05201W表4—1设计指标与仿真结果分析从表中分析可知，在满载情况下输出电压的纹波，电流值符合指标并满足设计要求。本文设计的反激开关电源工作在CCM模式下，如下图4—5中添加了满载时初级绕组电流，次级绕组电流和开关管漏极电流，为便于分析在下面添加了PWM波形。图4—5CCM模式下满载时初级线圈次级线圈电流波形图中绿色为次级线圈主输出整流二极管（D7）阳极波形可以很明显的看出工作在CCM模式，即开关管下次开通时次级线圈中电流并未下降到零。黄色为初级线圈中电流波形。蓝色为开关管漏极波形。由以上Pspice仿真软件得到的波形和数据结果分析可知，本文以笔记本电脑充电电源为背景设计的反激开关电源是正确的，输出的各个参数达到了设计指标。参考文献禹旺兵,邹孝,刘万新.反激式开关稳压电源实验教学案例设计[J].电子制作,2019(15):87-89+68汪志成.反激式开关电源分析与Pspice建模仿真[D].东南大学:2018:22-24[美]普利斯曼,比利斯,莫瑞著.开关电源设计第三版[M](王志强等译).北京:电子工业出版社,2010.75-76.孟建辉,刘文生.反激式变换器DCM与CCM模式的分析与比较[J].通信电源技术,2010,27(06):33-35+38.代兴华,郑丽婷,赵瑞杰,田素立,王海明.反激变换器中吸收电路的设计[J].电子设计工程,2016,24(03):118-120.王兆安，刘进军主编.电力电子技术第五版[M],北京:机械工业出版社，2009.91-93[美]马尼克塔拉著.精通开关电源设计第二版[M](王健强等译).北京:人民邮电出版社,2015,202-205.王超硕.变压器智能组件供电开关电源的电磁干扰及抑制措施研究[D].华北电力大学,2019.25-26[法]巴索(Basso,C.P.)著.开关电源仿真与设计第二版(吕章德译).北京:电子工业出版社,2015.5