变压器隔离推挽式开关电源PSpice仿真设计

邵珠雷

（许昌学院电气信息工程学院，河南许昌461000）

0 引言

在开关电源的的设计中，输入电源与输出负载之间的公共点常常需要隔离，从而阻隔共模回流和消除地线上的环流。 开关电源在变换器部分的设计中常采用变压器来隔离输入电源与输出负载，并且通过变压器实现电压调节功能。推挽式开关电源包含两个反相工作的正激变换器，因此推挽式开关电源具有正激式开关电源拓扑的所有优点[1]。由于电源提供给负载的功率并不在变压器中存储，推挽式开关电源比正激式开关电源能处理更多的功率，且效率更高，控制性能更好。

1 电路拓扑结构及工作原理

图1 变压器隔离推挽式开关电源电路图

图2 输出电压和电流时域波形图

本设计为采用变压器隔离推挽式输出的开关电源，其输入电压为35V，输出电压为5V，输出电流为2A，纹波为250mV。为了实现稳定输出， 开关电源采用电流型PWM 开关电源控制器SG1846 构成反馈回路，开关频率为25kHZ。 为缓解变压器磁通不平衡造成的过热失控问题，在电路中采用功率MOSFET 作为开关管[2]。 其电路结构如图1 所示。

如图所示，开关管M1，M2根据输入电压V1、变压器变比和预期输出电压所决定的占空比每半周期交替导通。为避免两开关管直通现象的发生，需要在M2开通和M1关断之间设置死区时间td。

二极管D2上的电压为矩形波， 幅值为输入电压V1乘以变压器电压比，即

二级管D2正偏导通，输出电感L1此时间段内充磁。 二级管D2的电流iD1（t）与开关管集电极电流ic1（t）成比例。

电路的电压调整率可以从输出电感L1的伏秒平衡关系导出， 由于每个开关周期输出电感都要充磁两次， 开关管开通时间ton的系数为2。 电压调整率为

如果考虑开关管与二极管的通态压降，电压调整率为

式中Vcesat为开关管通态压降，Vd为二极管通态压降，T 为开关周期。

2 电路PSpice 仿真建模及分析

使用仿真软件PSpice 对变压器隔离推挽式开关电源进行建模。其中，电流采样变压器采用可由用户自定义参数的专用模型Kbreak， 电压比为200:1。 脉冲变压器采用Breakout 库中的双输入双输出非线性变压器模型XFRM_NONLIN/CT-PRI/SEC，并引入非线性磁心TN27_15_11_2P50， 其一次绕阻匝数为40，二次绕阻匝数为11。根据纹波电流、输出电压和占空比等确定输出电感值为200uH，输出电容值为1000uF。

仿真20ms 所用时间：Total job time（using Solver 1）=43.62s，其输出电压、电流时域波形图如图2 所示。

由图2 可知， 输出电压波形U 的恢复时间ts为4.2ms， 最大超调量Mp为15%，ts后达到稳态值5V， 纹波峰峰值为250mV。 负载电阻Rload上的电流即输出电流波形I 在经过恢复时间ts后同样达到稳态值2A，纹波峰峰值为100mA。 由以上结果可知，所设计的变压器隔离推挽式开关电源符合要求，能够实现持续稳定输出。

3 结束语

基于电流型控制芯片，推挽式开关电源在中功率场合应用比较广泛，如果开关管电压问题不需要考虑，推挽式开关电源适用于适用于任何负载功率等级[3]。本设计使用PSpice 仿真软件对所设计的开关电源进行系统建模，并得到输出电压和输出电流的时域分析结果。 结果表明，设计的变压器隔离推挽式开关电源输出稳定，符合设计要求。

［1］裴云庆，杨旭，王兆安.开关稳压电源的设计和应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

［2］唐卫斌.基于PSpice 的升压型开关稳压电源设计与仿真[J].电子科技，2012，25（1）：27-30.

［3］尚永爽，刘勇，文天柱，等.基于PSpice 的开关电源瞬态特性及参数分析[J].现代电子技术，2011，34（10）：139-141.