一种输出电压线性可调的新型反激开关电源设计

焦建磊 杨小辉

摘 要：本文设计一种基于NCP1377的准谐振式可调反激开关电源设计，该电源不需要额外的电源给电源芯片供电，因为在变压器设计中对绕组相位做了特殊处理，保证了电源芯片在输出低电压时可以正常工作，另外，通过设计一种特殊的PWM-V电路和输出电压形成双路负反馈，以此来实现对输出电压的线性控制，PWM-V电路的输出电压可以通过MCU的输出PWM来控制。该电源具有设计简单，成本造价低廉，易于控制等特点。

关键词：NCP1377；准谐振；反激电源；线性控制

中图分类号：TM433 文献标识码：A

近年来，电源技术蓬勃发展，单端反激电源由于体积小、电路简单、变压器原副边电气隔离等优点在可调电源得到广泛的应用，[1]但多数低端的电源输出电压可调范围小，高端的电源成本又较高，很难找到一款性价比高，电压可调范围宽的电源，本文就目前可调式开关电源领域存在的问题，提出了 一种创新性的解决方案，设计了一款输出电压宽范围可调的新型反激电源。

1 電路设计

本设计采用反激式电源拓扑，电源芯片使用安森美的NCP1377，这款芯片最大的优势就在于临界模式的电流控制及MOS关断末段的去磁检测功能，这保证了使用该芯片设计的电源效率较高。

电源电路如图1中所示，电源上电后，直流母线通过高压充电电阻R8给电源芯片供电，当电容C3上的电压超过12.5V时，芯片内部开始工作，同时将芯片的供电切换到6脚，通过变压器的辅助绕组来供电。芯片的1脚DEG用来检测开关管关断时的震荡波形，当检测到震荡波谷时，开关管开通；当采样电流信号高于内部基准值时，开关管关断。反馈网络由PC817和TL431及周边电阻网络组成，芯片的2脚用来采样负反馈信号。

如图1中所示的PWM-V电路，它的功能是将MCU输出的PWM转换成对应的模拟电压输出，PWM占空比的大小决定了运放同相端输出电压的大小，也决定了运放输出电压U1的大小。Q1的作用相当于是对VCC做斩波，为了保证同相端电压的稳定，C9要选一个较大的电解电容，C10可以选一个小容量陶瓷电容。

负反馈网络由PC817、TL431及周边的阻容网络构成，MCU通过控制U1电压来调整U0的电压，TL431的基准电压为2495V，当由R10、R11和R12组成的分压网络导致基准点电压高于2.495V时，TL431导通性增强，PC817原边的电流增大，即反馈信号增大，电源芯片通过调整输出PWM占空比来调整输出电压U0，由此实现一个负反馈过程。

由于该电源是采用峰值电流检测模式，开环传递函数中只有输出电容和负载构成的极点及输出滤波电容寄生阻抗导致的零点。本设计中用R9、C8、C9和TL431构成的负反馈网络来做补偿，R9和C8用来补偿输出极点，R9和C9用来补偿输出零点。

2 变压器设计

变压器的设计对于一个电源起着至关重要的作用，变压器设计得当，电源才能安全稳定运行。[2]在变压器设计之前首先要根据相关系统指标设定一些参数值，如纹波系数，损耗分配因数等，在设计结果出来之后，可以用相关的公式来验证前面的设定是否合适，常用来做验证的参数有：窗口面积、电流密度、磁通密度、磁芯气隙等。

本文所设计的变压器与常规的反激式变压器的不同在于，它的辅助绕组和输出绕组的同名端不在同一侧，如图1所示，绕组Nps和主绕组N1同相位，和Ns1、Ns2相位相反，这样对于Ns1和Ns2来说，开关管G1开通时，原边向副边传输能量，开关管G1关断时，原边停止向副边传输能量。而对于Nps绕组来说，工作状态正好相反。这也就使得Nps绕组的电压只和输入电压有关，而和输出电压无关，在输出电压降低时，Nps绕组的电压并不会变化。

3 仿真验证

以saber作为仿真平台，对PWM-V电路做仿真分析，使用脉冲发生器作为PWM信号源，设置5K的脉冲频率，通过改变PWM脉冲宽度来改变运放输出电压，以20uS为一个步长，图2是运放输出U1的波形，从图中可以看出，在脉冲宽度小于60uS或者大于180uS时，脉冲宽度的变化几乎不影响输出电压，所以在软件设计中，只需要设置60-180uS脉冲宽度的PWM即可。

4 结论

本文设计了一款低成本输出电压宽范围可调的反激式开关电源，对电源中的各个子模块进行了探索性研究，验证了电源方案的可行性，该方案为可调电源市场提供了一些新的思路，对于常用的需要调压的家用电器，比如，风扇、半导体制冷冰箱、照明等应用场合，本文所设计这款电源将会非常合适。

参考文献：

[1]高滨，陈坤鹏，夏东伟，徐纪太.一种应用于光伏系统的反激辅助电源设计[J].电源学报，2015，13（4）：120-123.

[2]刘宁，王友欢，夏东伟.超宽输入范围反激辅助电源设计[J].电源学报，2014，12（5）：92-96.