概述

本實例展示了在連續(xù)電流模式（CCM）下運行的離線反激式轉(zhuǎn)換器中峰值初級電流控制的實現(xiàn)。峰值初級電流控制是基于IC UC2842 中使用的控制技術(shù)實現(xiàn)的。UC2842模型使用器件庫中的通用模板進(jìn)行創(chuàng)建，用來做時域和頻域仿真分析。最后，將實測數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。

介紹

反激電源拓?fù)浠赽uck-boost理論，使用變壓器替代了功率電感。同時變壓器將輸入側(cè)和輸出側(cè)進(jìn)行了隔離。使用變壓器的另一個優(yōu)點是輸出電壓可以通過線匝比進(jìn)行調(diào)節(jié)。如下圖所示，反激變換分為兩個狀態(tài)。

第一種狀態(tài)，功率半導(dǎo)體開關(guān)1導(dǎo)通，能量從輸入側(cè)存儲到變壓器一次側(cè)，在變壓器的二次側(cè)，輸出二極管處于反偏狀態(tài)，負(fù)載有儲能電容cout提供能量。

第二種狀態(tài)，功率半導(dǎo)體開關(guān)1關(guān)斷，變壓器一次側(cè)的能量傳入二次側(cè)，輸出二極管正偏，二次側(cè)的能量存儲到儲能電容和輸出負(fù)載上。

在CCM模式下，變壓器中儲存的全部能量在關(guān)閉期間不會轉(zhuǎn)移。當(dāng)下一個導(dǎo)通周期開始時，一部分能量會留在變壓器鐵芯中。因此，一次側(cè)電流從每個循環(huán)開始時大于零的值開始。

在閉環(huán)設(shè)計中，在峰值電流模式下，控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的峰值電流和占空比?？刂破鲀?nèi)部有一個電流控制回路，該回路包含一個探測初級電感電流斜坡的小電流感測電阻。該電流檢測電阻器將電感電流波形轉(zhuǎn)換為電壓信號后，直接輸入到初級側(cè)PWM比較器。內(nèi)部環(huán)路根據(jù)輸入電壓大小確定誤差放大器輸出的響應(yīng)。輸出電壓控制環(huán)路輸出根據(jù)負(fù)載的瞬態(tài)特性進(jìn)行調(diào)節(jié)。

隔離輸出的反饋電壓由二次側(cè)誤差放大、隔離光耦、可調(diào)電壓參考源(如TL431)組成，TL431工作在并聯(lián)調(diào)節(jié)模式下，在通用模型庫中對應(yīng)的模型是pvreg。誤差信號通過光耦將二次側(cè)信號轉(zhuǎn)換到初級隔離側(cè)。光耦除了提供隔離外，還反饋輸出電壓的幅值信息。光耦的發(fā)射極連接到誤差放大器的反相引腳，完成隔離的閉環(huán)電路。

原邊側(cè)的誤差放大，PWM控制器和門級驅(qū)動電路包含在UC2842芯片中，在SaberEXP中使用層次性原理圖uc2842.xsch對該芯片的基本功能進(jìn)行了建模封裝，如下圖。

反激變換器更加詳細(xì)的分析可以通過仿真來研究。在這個例子中，輸入側(cè)電壓是240V 60Hz，負(fù)載使用時變電阻模擬。

設(shè)計

設(shè)計需求規(guī)格如下表

功率電路和功率極點和零點的設(shè)計公式如下表所示

輸入電源功率Pin通過最大輸出功率的85%計算，

*功率開關(guān)參數(shù)設(shè)計

本設(shè)計的MOSFET使用模型庫中的N-mosfet模板進(jìn)行參量化設(shè)置，根據(jù)UC2842的應(yīng)用說明，MOS管型號為IRFB9N65A，其數(shù)據(jù)特性如下表：

*補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

選擇適當(dāng)?shù)脑?，以便設(shè)計所需的增益、極點和零點，從而在整個工作范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的系統(tǒng)。電壓調(diào)節(jié)器、光耦和誤差放大器是環(huán)路的不同階段。每一級都與功率級相結(jié)合，形成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。補償網(wǎng)絡(luò)的公式如下圖：

仿真

*瞬態(tài)仿真

要驗證負(fù)載調(diào)節(jié)期間離線反激變換器的瞬態(tài)行為，請執(zhí)行以下步驟：

1.設(shè)置瞬態(tài)時長為100ms。
2.繪制輸出電壓vdc_out和負(fù)載電流r_time.load.i，將其標(biāo)簽名字可改為iout。

在10ms前，負(fù)載電流是4A，10-20ms負(fù)載電流降到1A，隨后電流升到2.7A，再降到0.9A，在65ms時，電流升到4A，在整個瞬態(tài)過程中，輸出電壓為12V。

3.將輸出電流和輸出電壓波形放在一個界面中，調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸，將仿真波形與手冊中的波形進(jìn)行對比。

4. 新建一個波形顯示界面，繪制功率光的VDS波形如下。

5.新建一個波形顯示界面，觀察輸出vds-out波形如下。

*環(huán)路響應(yīng)

在穩(wěn)態(tài)條件下，采用PAC分析法對閉環(huán)頻率響應(yīng)進(jìn)行分析。執(zhí)行PAC分析，需要在反饋的開始處注入交流擾動量，這里用模型庫中的v_pac模型。在穩(wěn)態(tài)下注入交流擾動仿真頻率響應(yīng)，請執(zhí)行以下步驟：

1.將負(fù)載電阻器更換為3?的電阻。這將確保轉(zhuǎn)換器在滿載電流下工作。
2.在輸出側(cè)串聯(lián)擾動模型v_pac，幅值設(shè)置為100mV。

3.將反饋網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點名稱改為vfeedback

4.保存更改并運行PAC分析。PAC分析的模擬設(shè)置在此示例中已經(jīng)預(yù)設(shè)。頻率掃描范圍為10 Hz至10 kHz。

注意：低fbegin（10hz）和高開關(guān)頻率（110khz）的組合預(yù)期會導(dǎo)致PAC分析的長執(zhí)行時間。實際上，PAC分析在內(nèi)部對掃頻信號的至少3個周期執(zhí)行瞬態(tài)分析。當(dāng)掃頻為10 Hz時，將進(jìn)行至少300 ms的瞬態(tài)分析。給定110 kHz的開關(guān)頻率，將模擬至少33000個開關(guān)周期

5.仿真完成后，結(jié)果圖將顯示在左側(cè)的“結(jié)果”窗格中。

調(diào)用波形計算器將輸出除以輸入波形（即vdcu out/vfeedback）。從模擬得到的頻率為2.58kHz。設(shè)計的相位裕度為58.66°。

總結(jié)

本實例使用SaberEXP軟件設(shè)計了基于UC2842的離線反激變換器峰值電流控制電路，并進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果與實測結(jié)果吻合較好。該設(shè)計還可進(jìn)一步用于研究光耦合器的老化行為等。