AC-DC多路直流穩壓電源的設計摘要：近年來，由于電子技術的迅速發展，人們對電源的要求也越來越高。現如今，出于開關電源體積小，效率高等特點，越來越多的用戶開始使用開關電源。電源的主要作用是進行電能變換，許多行業需要更加節能、高效的電源。所以為了滿足行業需求，技術工作者們不得不繼續加強對相關技術的探索研究,只有這樣用戶才能獲得更好的產品。開關電源是近年來一種全新的電源種類，它已經成為了電源行業的一種可持續發展的新生代力量。本次設計用PWM控制芯片UC3842，設計了一款反激直流穩壓電源。文章介紹了所選擇的拓撲以及該拓撲的特點，分析了UC3842的原理及其結構，并且根據其具體的引腳功能來實現芯片周圍相關的子電路設計。闡述了電源中的具體電路模塊的原理，從系統的啟動保護、整流濾波到反激變壓器的設計，包括占空比、匝數的計算，具體分析了變壓器的磁芯選擇方法以及UC3842周圍的控制電路的設計，電壓反饋具體參數的計算，最后仿真出該開關電源具有輸出電壓穩定的特性，是一種性能較好的開關穩壓電源。利用PSIM軟件為此設計進行建模仿真，分析了在不同輸入電壓范圍下輸出功率的大小，確定該穩壓電源的可行性。 關鍵詞：反激；UC3842；開關穩壓電源目錄1緒論 緒論1.1課題的研究背景和意義現代社會，各種電子設備的正常運作都離不開電源。隨著電子技術的發展，對電源的要求也同時變得越來越高，許多電子設備都需要可靠、穩定的電源。21世紀，在凈化生態，有效節能的社會背景下，開關電源因其高效、體積小、環保等眾多優點，愈發收到了人們的歡迎，并且也獲得了廣泛的應用。特別是隨著小型電子設備的應用范圍擴大，這就使得可靠的電源成為了其必不可少的一部分。通過對其需求的探究，了解到產品的市場需求比較大，并且可以充分的應用在相關工領域之中，有良好的發展前景。而反激開關電源是一種便捷、高效的電源產品，響應時間快，無滯后現象，具有良好的動態特性，簡單實用，結構方便，符合市場發展趨勢。通過查閱相關的資料對電源的大致系統設計有了更深的了解，并且提高了所學知識的應用能力，為以后從事相關工作積累了一定的經驗。技術日益更新，社會對電源的要求也就越來越高。電能的質量影響設備的性能和使用成本，所以穩定的直流電源在現代設備中起著不可或缺的作用。高效、輕便使得高頻開關電源的應用范圍日漸上升，各種電子設備肯定都需要一個穩定、高效的電源。高頻化是以后開關電源的主要發展趨勢，有不錯的的發展前景。在新的時代背景下，開關電源也會向著環保節能的方向繼續發展。1.2國內外研究狀況1.2.1國外研究狀況1950年，第一臺開關電源出現在美國，而1964年一位美國科學家提出取消開關電源中傳統工頻變壓器的想法，這位科學家的想法標志著開關電源的發展趨勢開始被確立，就是趨向小型化。在1950年之后到2000年這個時間段內，開關電源開始蓬勃發展，1976年，第一個PWM控制芯片成功在美國被研制出來，使開關電源的性能在很大程度上得到了提高，已經成功應用于各種電子設備之中。由于科技日益在進步，因此集成化將成為開關電源逐漸發展的主要方向。而近年來，許多中小功率單片電源產品在被研發出來，并且有著巨大的應用前景。就目前而言，開關電源發展迅速，已經分化為各種類型的產品分支。當單片機廣泛應用于開關電源時，顯示了它獨特的集成化應用前景，并且它成為了一種帶動開關電源發展趨勢的新產品，得到了廣泛的關注。

1.2.2國內研究狀況

1976年以前，隨著電子、材料等技術的發展，我國已經開始了對開關電源的研究。1978年以后，經濟建設的速度越來越快，國內電源生產企業過百，同年中國電源技術交流會第一次召開。新世紀以來，許多機構成功地制造出了各種工作頻率在20kHz左右，輸出功率小于1kW的電源。在這一大發展階段，鐵路、機械、軍工系統等各種領域都出現了開關電源的應用，國外的大量產品也開始進入國內，加劇市場競爭。它們被廣泛應用于各種電子設備領域，而且取得了不錯的成績。新世紀之后，高頻開關電源進入了數字化時代。中國電源行業到2017年時的市場規模已經達到兩千多億元，并且這種高速發展趨勢在持續穩步前行。現代社會電力電子設備之所以與大家的聯系日益親近，是因為電子技術的快速發展，而電子設備都離不開可靠穩定的電源。

1.3開關電源發展方向

二十一世紀以來，模塊電源是新一代的開關電源商品，模塊化、集成化是今后開關電源的主要發展趨勢。開關電源的大小和重量由其中的儲能元件決定，在設計中，合理選取元器件參數，既要考慮設計指標，也要考慮實際重量或者體積。一般來說，高頻就意味著小型化，而小型化就會產生眾多優點，從而使開關電源內部的性能得到提高。

改革開放以來，我們國家在為人民構建美好生活而不斷努力奮斗，電源技術也是其中之一，獲得了不錯的成果。但是眼光得放長遠一點，正視自己的不足，國內的開關電源技術與電源技術先進的國家仍然還留有巨大差距，這就需要我們這代人乃至下代人共同去努力。從發展趨勢上來看，開關電源未來會向著微型化、集成化的方向發展，同時這也對工藝提出了更高的要求。發展更先進的電壓技術，離不開對半導體技術和基礎材料的研究，所以它們是開關電源發展的先決條件。1.4主要工作與內容安排1.4.1主要工作本文設計一種3路輸出的直流穩壓電源，主要的工作如下：1、針對開關電源工作原理進行闡述，結合目標需求來進行資料與文獻的搜索，進行知識的擴充與整合，為設計一個合格的電源豐富理論基礎。2、從開關電源設計的整體結構出發，選取合理拓撲，構建系統框圖并對相關模塊結構進行整理說明。3、按照電源設計的整體框架對相關模塊的原理進行分析，計算相關元器件的參數，用軟件來實現整體表達。4、通過PSIM仿真軟件對不同輸入電壓下的輸出功率進行仿真，得到目標波形與參數，并作出結果優缺點與合理性的判別。5、認真思考，總結不足，找準未來需要被改進的方面。1.4.2內容安排文章分為六個章節，主要內容分別如下：第一章：對本次設計開關電源的選題背景意義和國內外的發展狀況進行介紹，點明開關電源的發展方向。第二章：介紹開關電源工作的基本原理，并為本文選擇合適的拓撲結構來構建框架圖，同時簡述了主要的電路模塊。第三章：介紹控制芯片UC3842的結構和引腳功能，根據芯片具體引腳功能特性設計芯片周圍電路，畫出系統的電路框圖，進而描述了其工作過程。第四章：開關電源高頻變壓器的設計。第五章：在可控電壓范圍內輸出功率的測試仿真。2開關電源的系統設計要想設計好一個合理的開關電源，深刻理解其工作原理是尤為重要的，并且要有一定的理論基礎，比如深刻學習、了解開關電源的工作原理，拓撲的選擇以及開關器件的特征等等，這樣才能有一定的理論基礎來正確完成開關電源的設計。2.1開關電源設計指標了解電源的性能指標是設計一個電源的先決條件，只有明確指標，才能根據具體的需求去設計電源參數、有的放矢。下面介紹本次設計中開關電源的設計指標：1、輸入：AC198～236V,50HZ2、輸出：+24V/1A,+12V/1A,+5V/2A三路獨立輸出3、開關頻率：50KHz4、效率：80%5、輸出電壓準確度：≤3%2.2開關電源電路中的組成模塊構建開關電源整體結構框圖是合理設計開關電源的前提條件，本次設計中開關電源的典型結構如圖2-1所示。濾波電路輸入整流電路前置濾波電路AC 濾波電路輸入整流電路前置濾波電路功率變換電路高頻變壓器輸出整流濾波電路DC DC功率變換電路高頻變壓器輸出整流濾波電路 脈寬調制比較器取樣器脈寬調制比較器取樣器控制電路基準電壓振蕩器控制電路基準電壓振蕩器圖2-1開關電源系統組成框圖開關電源的基本結構如圖2-1所示，主要由以下部分組成：（1）輸入端整流濾波電路：目的是實現交流到直流的轉變，減弱電磁干擾，由于二極管特殊的內部結構，它的特性是只能固定一邊而使電流單向流過，不能反向流通，利用該器件組成的整流橋將正負變化的交流電壓變為單向的脈沖。而電容濾波是利用電容隔交通直的特性濾除交流成分。（2）開關變換器：包括開關管和變壓器，作用有輸送能量和變換電壓，同時有電氣隔離的作用。（3）芯片控制電路：依靠從輸出端引出的通路回到特定芯片的引腳，構成電壓閉環反饋，從而以調節脈沖寬度的方法調節輸出電壓或者維持輸出電壓基本保持不變。（4）輸出整流濾波電路：把高頻交流電中的交流部分可以過濾掉，也可以防止高頻噪聲對負載設備的干擾。2.3開關電源的工作原理要想明白開關電源工作原理，其實就是理解高頻的含義和脈寬改變的原因是什么，高頻就是開關器件在一定時間范圍內連續開通或者關斷，而大多數開關電源都以市交流電作為輸入來源，輸入整流濾波后去給控制芯片供電，芯片得電后根據芯片特性相應的去調控脈沖，再根據對應拓撲，通過電磁感應傳送能量給輸出端，從而改變輸出，也可引入反饋回到芯片，實現穩壓。而開關電源對應的輸出也同樣多為需要直流電的電子設備，比如筆記本電腦。開關電源，是一種高頻化能量裝置，開關電源就是以電力電子技術作為基本方法，控制開關器件以一定頻率不停的進行開通或者關斷，以此來對電壓進行脈沖調制。2.4反激拓撲的基本介紹開關電源拓撲的選擇對電路輸出的性能有重要影響，基于本次設計要求，本文選擇反激拓撲作為主拓撲，減少所用元器件材料與空間。反激拓撲基本機構如圖2-2所示，該拓撲工作的原理是：電路正常通電，初級線圈隨著開關器件的導通而導通，這時電感儲能充電，其他繞組并不導通。但是當開關管關斷時，次級繞組導通，次級線圈放電輸出。圖2-2反激拓撲基本結構將輸入輸出相互隔離是反激變換器的一個重要特點，一般反激拓撲時，輸出端只加一個電容即可。由于漏感的確存在，在實際設計中就得考慮漏感的影響，會產生交叉調節的復雜問題。所以在本次設計所做的仿真都是基于理想狀況，暫不考慮多路輸出的交叉調節問題。綜上可知本次設計之所以選擇反激拓撲的原因是：以反激拓撲作為主拓撲的開關電源適用功率在一般比較小（<150W）的情況之下，并且這種拓撲結構的輸出端不用加濾波電感，這是該拓撲的特點，也可以減少用料，簡化電路結構，符合本次設計指標要求。2.5開關電源體系結構設計本次電源設計的整體結構框圖如圖2-3所示，主要分為四大部分：整流濾波、UC3842芯片控制器、高頻變換電路、直流輸出電路。直流輸出副邊整流濾波反激拓撲橋式整流濾波EMI濾波交流輸入直流輸出副邊整流濾波反激拓撲橋式整流濾波EMI濾波交流輸入輔助電源控制芯片UC3842反饋電路輔助電源控制芯片UC3842反饋電路圖2-3開關電源總體框圖其具體工作原理是：給電源接入市網交流電，通過整流濾波后得到高壓直流電，接著要得到高頻低壓脈沖傳送到次級，這就需要通過開關管和高頻變壓器的作用來進行改變，最后通過輸出端的整流濾波，得到想要的低壓直流電。同時，在輸出端引出一個環路反饋給控制芯片，通過反饋的方法，控制PWM的占空比，實現輸出電壓的穩定。3開關電源硬件電路設計一個電源的設計完成，離不開硬件電路參數的設計。本章將對本次設計中開關電源硬件主要電路模塊進行參數的選取和計算。3.1控制芯片的選擇UC3842是一種電流型PWM控制芯片，為改變振蕩頻率，可以通過構建阻容網絡來實現，UC3842的引腳相比其它大多數芯片來說比較較少，而且內部結構不算復雜，可以廣泛用于小功率的開關電源。UC3842的引腳排列如圖3-1所示：引腳1與2號引腳中間接入RC反饋網絡，所以它的作用是調控誤差放大器的增益；引腳2是誤差放大器的反向輸入，此端口是采樣反饋的輸入。通過輸出端引出的支路對電壓進行采樣并反饋到該端口，與內部芯片比較后控制輸出脈沖大小；引腳3為電流傳感端，它將串聯在開關管中采樣電阻的電壓進行采集，進而檢測出其電壓。當采樣電阻的電流升高時，電壓也隨之升高，當達到1V的時候芯片關斷輸出，以此來保護元器件和電路；引腳4外接構建的阻容網絡，通過此端口來改變芯片的振蕩頻率。引腳5為公共接地端；引腳6為的作用是驅動信號輸出，控制功率開關管的通斷。引腳7為芯片供電端，接收市電整流之后經過分壓電阻后的電壓和輔助電源過來的電壓。引腳8用來輸出大小為5V的基準電壓，并且將這5V的基準電壓提供給其它子電路，用以維持其它電路的正常運行。圖3-1UC3842引腳排列鑒于第二章中的反激拓撲，并對UC3842功能做了一定了解之后，因此本次設計選擇UC3842作為控制芯片。3.2EMI濾波電路越來越多的電子設備充斥在我們日常的生活中，當高頻電路流過電路板時，此條線路就成了向外輻射的天線，如果附近有其它電子設備，相互之間就會產生干擾。這就是電磁干擾的由來。本次設計中的電壓來自220/50Hz的市電電網，當其進入開關電源時，不可避免的產生各式各樣的干擾或者噪聲，所以選用EMI濾波是很有必要的。而EMI濾波器有很多類型，如圖3-2所示是本次設計中的EMI濾波電路，只要在交流電進線端與整流電路之間設置EMI濾波器，那么它就能消除電源線產生的電磁輻射，同時也能防止外部傳來電磁波干擾影響電源內部電路的正常運行。如圖3-2所示，CX1、CX2是濾波電容，CX1和CX2用來濾除差模信號干擾，容量為0.10uf-0.47uf，圖中的L1是鐵氧體線圈。F1是熔斷器。EMI濾波器的參數沒有特別固定的要求，具體根據EMI的標準來選取，一般情況下可以估計大概值，接著通過一些測試來計算具體的值，進而設計出來一個合乎自己設計要求的濾波器。圖3-2EMI濾波電路3.3橋式整流電路本次設計是一種從交流到直流的穩壓電源設計，所以整流電路肯定發揮著重要作用，如圖3-3所示，是本次橋式整流的電路圖，因其體積較小，使用方便的特點廣泛的應用于開關電源之中。設計本次整流橋的時候，要考慮通過二極管的電壓電流大小，以此來選取合理規格參數的二極管。圖3-3橋式整流電路3.3.1整流二極管的選擇要設計好符合要求的整流二極管，就得考慮它的耐壓值大小和通過它本身的最大電流，這是設計橋式整流二極管必須明確的主要參數。整流橋反向擊穿電壓UBR的大小設計要求如下UBR≥1.252在本次設計中，由市網交流電來進行供電，而交流輸入電壓的范圍是198-236V，從式3-1可算得UBR假設電流的有效值是IRMS，整流橋電流的有效值是IIBR另外：IRMS=P在式3-3中，cosφ是電源功率因數，通常可以設置為0.9，在本次設計中，輸出功率為46W，最小輸入電壓為198V/AC，效率取80%，最終計算得到IRMS=0.323A，則IBR3.4功率開關管的選擇開關管選擇的型號不同，所設計出的電源質量也會有所不同，因此在本次的設計指標要求下，應該切合實際的去選擇開關器件。此外，隨著半導體技術的不斷進步，新研發的器件種類越來越多，但在開關電源領域，MOGFET仍然是開關電源設計的主要開關器件。1、MOSFET的主要參數（1）漏源擊穿電壓V為了防止開關管被過壓擊毀，我們不得不考慮MOSFET的另外一個重要參數，它就是漏源擊穿電壓，因為漏源擊穿電壓決定了開關管所能承受的電壓上限值大小。（2）最大漏極電流I指開關管正常工作時漏源間所允許通過的最大電流2、MOSFET的選擇選擇開關管時應考慮開關管的兩個重要因素是導通壓降和開關速度。這兩個因素會隨著額定電壓的變化而變化。通常情況下，所選擇的開關管耐壓范圍應該處于實際工作電壓數值大小120%到150%的范圍內。開關管的最大耐壓應力：Vms=式3-4中VMAX為最大交流輸入電壓，原邊匝數NP數值為167匝在后文中會給到計算，輸出電壓取+5V，此次的V所以由式3-4可得334+167/4×(7.5+1)≈688.9V。因此本電路選擇FQP8N80C作為此次設計中開關管的型號,其耐壓大小為800V，電流8A。3.5UC3842芯片周圍電路設計3.5.1啟動電路電路工作異常時，控制芯片會主動停止電路。而控制芯片要想正常運行會經過兩種不同階段:啟動階段與正常工作階段。在圖3-4中通過電容C6和電阻R6來構成該電路，實現電路的正常運行。該電路具體的工作過程是，啟動電路正常啟動，電容C6上的電壓充電至16V，此時流進控制芯片的最大工作電流應該小于1毫安。而整流之后的電容器CR6市網交流電經過橋式整流后得到的直流電壓大約為USR6圖3-4UC3842啟動電路3.5.2電流取樣與限流電路此電路用來采集開關管中通過的電流，而且還有限流的作用。如圖3-5所示，UC3842中的誤差放大器可以控制電阻R15的峰值電壓，對應流過該電阻的最大電流為I_R11=如圖3-5所示，在電流一個RC濾波電路來消除整流管恢復時產生的尖峰脈沖。該脈沖持續的時間接近RC的時間常數，取值為幾百納秒。取常用值R15=1KΩ，C13=470pF，這時時間常數τ=R15C7圖3-5電流取樣與限流電路芯片內部放大器的反相輸入電壓一般都必須小于1V。當控制芯片3腳接收電壓發生過沖，該電源就會對流過的電流進行限制，達到限流的效果，這就是限流電路。3.6反饋電路設計3.6.1元器件介紹1、TL431TL431是一種可控精密穩壓源，最大輸入電壓為37V。TL431的輸入電壓可以通過改變兩個電阻的分壓比將其大小設置為2.5V到36V之間的所有值。隨著技術發展，TL431已經成功應用于各種不同需求的電路之中，例如，充電器、適配器、電視機之中等等。TL431的兩個分壓電阻R1和R2具有以下計算公式:U0=U選擇分壓電阻阻值大小時，應計算好通過TL431陰極的電流大小，不能小于1mA，必須保證電路的正常運行才可以。圖3-6TL431的內部結構TL431的內部電路結構如圖3-6所示，主要包括4部分:1.如圖A端，該端口的作用是用來接收2.5V大小的參考電壓，故此又稱參考端。2.內部2.50V的參考電壓源UREF3.晶體管VT用來調節負載電流的大小;4.二極管2、光耦PC817在本次設計中，采取最常用線性光耦PC817，我們經常可以在高精度要求電路中看到它來作為耦合設備使用。這種耦合器件具有前后回路完全隔離的功能，并且相互不影響，從而確保安全。反饋端輸送回來的電流進入到該電路時，發光器件就能變亮，同時光接收器件接受光。而當該器件接收到光信號的時候，該器件內部就會處于導通狀態，接著輸出端就會輸出光電流，完成了“電-光-電”信號的相互轉換。所以我們可以得出以下結論：PC817光耦合器主要起到兩種重要作用，一是可以進行反饋；二是起到隔離的作用。PWM的脈沖寬度可以通過控制電路對電壓反饋進行調節來實現相應的調控，本次設計采取的是PC817和TL431進行組合實現的光耦反饋。其主要作用是穩定輸出電壓基本不變。圖3-7電壓反饋電路3.6.2反饋電路參數計算如圖3-7所示，將+12V繞組的輸出電壓作為反饋電路的輸入端，考慮到該器件有2.5V大小的基準電壓，因此對于取樣電阻R13和R17由式（3-5）可得有如下關系：12=2.5（1+R13對于R17，又有R17＜2.5V/這里取R17=5K，則R13為19K。再來計算R10，光耦PC817有一個重要參數就是電流傳輸比CTR，它是用來說明光耦合器特性的一個參數，一般在80%和160%之間，本次設計CTR取值80%，則對于R10來說，要求流過光二極管的最大電流應為：6/0.8=7.5mA所以：R10≤（12-2.5-1.2）/7.5=1.1K又因為：R10＞（12-2.5-1.2）/50=166Ω（3-8）則得到：166Ω＜R10≤1.1KΩ50A為光二極管可承受的最大電流，所以此處R10取值為1K。3.7原理圖設計圖3-8整體電路原理圖 4高頻變壓器的設計設計高頻變壓器的具體參數，是成功實現電源仿真的一個重要組成部分，它是連接輸入輸出兩端的橋梁。在開關電源的設計當中，高頻變壓器起著電壓轉換和電氣隔離的重要作用，并根據不同的匝數比輸出不同的輸出電壓。在本設計中：輸入：AC198-236V,50HZ輸出：+24V/1A，+12V/1A,+5V/2A開關頻率：50KHz效率：80%4.1求直流輸入電壓VdcminVdcmax4.2確定最大占空比Dmax表4-1輸入電壓范圍和反射電壓的關系工作范圍MINMAXDCDC初級反射輸出電壓VVVVV100-120V85V132V94V187V60V85-265V85V265V94V371V135V230-240V195V253V253V354V135V確定在低電網電壓時的最大占空比DMAX=VorVds根據公式：則在以上三個工作范圍內的占空比分別算得為0.36-0.4;0.6;0.36-0.4又由于反激拓撲的特點，取本次Dmax4.3求輸入功率本次設計中效率取80%，變壓器輸入功率Pin=即：P4.4AP法選磁芯通常來說，以磁芯有效截面積和其中線圈有效窗口面積的乘積選擇磁芯的這種方法就叫AP法選擇磁芯，此時為更接近實際設計要求，選擇平方厘米作為單位，那么所算結果的單位就是cm4AP=AAP是兩種面積的乘積（cm4）；AW是磁芯的窗口面積（cm2）；AC是磁芯的截面積（cm2）；Pin是輸出功率（W），它的數值大小由（4-4）已經算出為57.5W；F是頻率（Hz）；Bm是磁感應強度（T），一般大小在0.1-0.3之間；J是電流密度（A/mm2），一般取值大小為4；Ku即：AP=查表4-2選取磁芯型號為EE25，Le為48.7mm,Ae為40表4-2磁芯AP值表格TYPEMATERIALDimensions(mm)AP(cmAe(mm2Aw(mm2Le(mm)EE20/20/5PC4020.15*10*5.10.157231.0050.7043.00EE22PC4022*9.35*5.750.159041.0038.7939.40EE2329SPC4023*14.7*60.436835.80122.0064.90EE25/19PC4025.4*9.46*6.290.312840.0078.2048.70EE25.4PC4025.4*9.66*6.350.317340.3078.7348.70EE2825PC4028*12.15*10.60.852586.9098.1057.704.5原邊繞組峰值電流和初級電流有效值Ipk式中：K=1.4（Buck、推挽和全橋電路）K=2.8（半橋和正激電路）K=5.5（Boost、Buck-Boost和反激電路）Pout在上面已經算出，大小為46W，Vdcmin為最小直流輸入電壓，則：

Ipk=(5.5×46)/280≈0.903AIrms=Ip×√(Dmax×((Krp^2/3?Krp+1))（4-7）此處Krp取值為0.6，Dmax為最大占空比，取值為0.45，得Irms約為4.6計算一次電感最小值LpriLpri=(Vmin×Dmax)/(F×Ipk)（4-8）即：Lpri=(280×0.45)/(50×1000×0.903)≈2.8mhV_min：最小直流輸入電壓，大小為280V。D_max：最大占空比，本次設計數值大小取0.45。F：頻率(Hz)，根據設計要求，取值為50KHz。L_pri:初級電感量，也叫一次電感最小值。4.7確定初、次級繞組圈數選好磁芯之后，就可以根據所選磁芯找到對應的指標，以此來計算繞組的匝數。4.7.1初級繞組匝數計算Np=E得：Np=334×F：頻率（Hz）Bm：磁感應強度Ae：磁芯截面積（cm4.7.2次級繞組匝數計算匝數比的計算公式為n=DmaxNs=(1)輔助繞組Ns1的計算：nNs1=這里取Ns1為(2)+24V繞組的計算：nNs2=這里取Ns2為(3)+12V繞組的計算：nNs3=167這里取Ns3為(4)+5V繞組的計算：nNs4=167這里取Ns4為4.8計算磁芯氣隙LgapLgap即：LgapAe：磁芯截面積（cmNpLpri：4.9計算線徑DpDsJ：電流密度（4A/mm2I1I2：次級電流有效值1、計算DpD2、次級峰值電流Isp可得IS次級有效電流：Isrms（1）輔助繞組峰值電流、有效電流和線徑的計算：IIsrms1=13.71×√((1?0.45)×(D（2）+24V繞組的峰值電流、有效電流和線徑的計算：IID（3）+12V繞組的峰值電流、有效電流和線徑的計算：IID（4）+5V繞組的峰值電流、有效電流和線徑的計算：IID5輸出仿真結果分析科技不斷的在發展，電源技術也就隨之越來越成熟，伴隨著的是相關設計軟件的發展。本章針對前面所設計的反激電源用PSIM軟件進行仿真，作出相關分析。5.1PSIM建模首先，PSIM是一種仿真軟件，應用于電力電子電機傳動的仿真領域。PSIM全稱PowerSimulation。SIMCAD和SIMVIEM是該軟件的兩個組成部分。選擇PSIM最重要的原因就是因為PSIM仿真速度快、可以解析多種波形，它在電力電子領域為可以為使用者提供一種高效、便捷的仿真環境，方便人們的使用。圖5-1PSIM仿真模型本次設計利用PSIM軟件，對設計中的電源輸出功率以及相關電路運行過程進行仿真，來驗證設計的可行性。建模仿真整體的模型如圖5-1所示，有幾個要點需要進行說明：（1）本次設計選用的變壓器是5-windingtransformer。一個原邊，四個副邊，其中副邊的一個作為輔助電源反饋回來和市電整流分壓后的電壓共同給芯片供電。所以實際是4路輸出，但是根據設計要求和實際功率的考慮，輔助繞組不再算作為一路輸出，故此選擇此變壓器。（2）變壓器中的線電阻和漏感是由于實際工程來測量的，所以設置其參數時采取默認值。變壓器中匝數設置是經過測試來得出的，跟第四章中計算的匝數比有所出入，由于在實際工程中存在誤差，故此在此仿真中采用的匝數比為測量匝數比，數值為138:16:8:4:8。（3）PSIM軟件中，部分元件沒有過多分類，只需設置其阻值即可，所以采用通用元件。5.2仿真結果分析5.2.1漏極電壓波形本次設計的反激電源在工作時，變壓器原邊一側會產生較大的漏極電壓，若電壓過大，一會影響電源的穩定性能，甚至癱瘓；二會直接損壞功率管，使得電源無法正常運行。如圖5-2為本次設計中漏極電壓的波形。圖5-2漏極電壓波形漏極電壓大部分都在700V至750V左右，變壓器原邊依靠鉗位電路來限制電壓過沖，可靠穩定的向副邊傳遞能量。所以本次設計中選用的耐壓值為800V的FQP8N80C基本符合設計要求。5.2.2輔助電源電壓波形圖5-2輔助電源電壓波形當芯片啟動后，輔助電源也需要給控制芯片提供電壓，若輔助電源提供的電壓不充足，電路就會出現打嗝的現象。另外，根據經驗，輔助電源的電壓最好不要超過17V，一般13-17V之間為最好，太大或者太小都會影響輸出電壓和占空比的大小。從圖5-2中可以看出輔助電源的電壓波形大小從剛開始0.002S左右的15V出頭到后面0.006S之后逐漸小于15V，漸漸穩定在14V左右，符合設計要求。5.2.3輸出電壓波形圖5-3低限交流輸出電壓波形如圖5-3是該電源在低限交流280V電壓仿真的輸出電壓波形及數值大小，圖中交流電源數值大小是幅值，所以數值應為280×1.4=392V，從圖可知三路輸出電壓波形基本穩定，符合設計要求。圖5-4高限交流輸出電壓波形如圖5-4是該電源在高限交流334V電壓仿真的輸出電壓波形及數值大小，圖中交流電源數值大小是幅值，所以數值應為334×1.4=467.6V，從圖可知三路輸出電壓波形基本穩定，符合設計要求，達到了預期的穩壓性能。5.2.4輸出電壓準確度的測試從圖5-5中可以看出來三組直流輸出電壓大小分別為24.16V、11.96V、5.02V。輸出電壓準確度可以根據式5-1來計算。x=│(U_1?U_O用x代表電壓準確度，U1代表測量的輸出電壓，U0（1）對于+24V繞組，有：x=│(24.16（1）對于+12V繞組，有：x=│(11.96（1）對于+5V繞組，有：x=│(5.02從上面計算得到的結果可以看出，三路輸出電壓準確度均小于2%，表面在此次設計中，經過反饋回路調整的輸出電壓符合設計要求，達到了準確調整的目的。圖5-5輸出電壓波形5.2.5輸出電流波形圖5-6輸出電流波形根據設計要求，電流應分別為兩路1A和一路2A。從圖可知，誤差較小，基本符合指標要求。總結與展望1、論文總結社會發展愈加迅速，開關電源已經應用在各個領域。此次設計應用UC3842作為主控芯片，實現了+24V/1A、+12V/1A、+5V/2A三路輸出的直流穩壓電源，通過Altium軟件進行原理圖的設計，PSIM進行仿真建模，并且對高頻變壓器的參數設計作了大量計算，同時對某些具體的波形圖進行了分析。本次設計完成的主要工作和取得的成果主要如下：（1）對開關電源發展的背景和意義進行闡述，介紹其發展趨勢。（2）簡述開關電源工作的基本原理，并選擇反激拓撲作為主拓撲，以現有知識體系為基礎對整體結構框圖進行構建。（3）簡述芯片引腳功能，對芯片外圍電路進行參數的計算和設計，接著對EMI濾波進行簡述和整流二極管的參數計算與選型，完成相關子電路的設計，最終搭建電路的原理圖。（4）詳細地設計高頻變壓器，通過AP法進行磁芯選型，并以此為依據進行匝數比的計算，計算了高頻變壓器的原副邊匝數和磁芯氣隙等主要參數。（5）應用PSIM軟件進行仿真建模，完成模型搭建，仿真出主要電路的波形，比如MOS管的漏極電壓，以此來驗證MOS管的選型是否正確。交流電壓輸出220V，通過對輸出電壓的波形分析，得出該電源的輸出電壓比較穩定的結論，誤差小于1%，符合設計指標要求。2、論文展望在完成設計期間，從