PSpice用于开关电源仿真案例分析（一）

2021-09-09
5:05 下午

案例简介：

该设计是应用TI公司电流模式PWM控制器芯片UC2845来设计隔离反激式变换器，设计的基本要求如下：

输入电压：90VAC-264VAC（100VDC-350VDC）；

输出电压：5.4V；

输出电流：4A；

开关频率：100KHz；

技术分析

一、工作原理

如图1所示，隔离反激式变换器的工作原理是：

开关导通时，能量存储于变压器原边的电感中，注意变压器的同名端，当开关关断时，漏极电压要高于输入电压，变压器副边电压高于地，使二极管导通，向输出电容和负载提供电源。

图1 隔离反激式变换器电路拓扑

隔离反激式变换器可以在变压器副边有多个绕组，方便地输出多组电压。各个输出电压都和原边隔离，而且各组输出电压可以任意大小，仅仅通过调节变压器的变比就能够实现。

虽然隔离和隔离反激式变换器都可以工作在电流连续模式，也可以工作在电流断续模式下，但最常见的工作模式还是电流断续模式。本设计也是工作在电流断续模式下。

二、UC1845芯片简介

1、功能特点

2、UC1845原理框图

三、参数设计基础

由于UC2845与UC1845的电路工作原理完全相同，故本设计采用的是UC1845芯片模型来做参数设计。

我们知道，设计一款隔离反激式变换器，我们只需要知道4个参数：

输出功率；

开关频率；

输入电压；

功耗；

就可以根据这些参数来设计电路拓扑的各个参数。

由设计要求可以知道：

最大输出功率Poutmax=Vout*Iout=5.4V*4A=21.6W;

开关频率f=100KHz;

输入电压Vin=100Vdc～350Vdc;

功耗：是电路拓扑中各个器件耗散功率的总和，反应该变化器的效率，本项没有指定；

电路参数设计要点：

1、由于该设计要求在一个很宽的输入电压范围内工作，根据反激式变换器的工作原理我们可以知道，当在最低输入电压条件下，为满足设计要求的输出功率，此时对应的PWM输出的脉冲宽度应为最大，则在输入电压升高时也能满足输出功率要求。因此，我们以最低输入电压100Vdc为电路设计的输入电压。

2、电流模式：断续模式；

3、输出负载：5.4V/4A=1.35Ω,取Rload=1.3Ω，则最大输出功率Poutmax≈22.5W；

四、详细参数设计

振荡器RT和CT设计

根据UC1845芯片手册振荡器外接RC电路设计规范，要求振荡频率为100KHz，我们可以得到：

CT=2.2nf，RT=8.2kΩ。

隔离变压器原边电感Lin设计

根据电流断续模式下反激式变化器的工作原理，我们可以知道变换器的电流波形如图3所示：

图3 断续模式下反激式变化器的电流波形

我们知道，储存在原边电感中的能量取决与峰值电流Ipk的大小，方程式如下：

能量每个周期传递一次：

同时，我们也从UC1845芯片手册可以得知，其理论最大占空比为50%，典型值为48%；

为了设计能够有一定余量，取DCmax=45%，V=100v，f=100KHz，P=22.5W，计算得出L=450uH，取Lin=450uH;

注：具体变压器的生产工艺参数在本报告不涉及，如有需要请进一步联系迪浩公司。

电流采样电阻Rsense设计

当反激式变换器原边开关器件导通时，变压器原边绕组的作用相当于一个电感。电压加在原边电感上，开关导通期间，电流持续上升：

其中：V=100v，DC=0.45，f=50KHz，L=450uH，计算得出Ipk=2A（由于UC1844/45采用了与UC1842/43不同的PWM输出控制电路，UC1844/45增加了一个toggle flip flop(切换菲利普触发器)，使得连续两个时钟周期内只有一个时钟周期有输出），所以，如图3中所示，最大电流导通时间为90%（9us）,整个时钟周期为2（1/f）=20us，则

Ipk=100*9us/450uH=2A;