一种隔离型反激式开关电源设计与仿真

王柏夫

摘要：反激式开关电源应用广泛，在电子产品小型化、绿色环保、高能效发展趋势下，体积及成本具有优势的原边反馈反激式开关电源得到大家的关注，本文设计及仿真验证了一种反激式开关电源，验证的电路的合理性及可靠性。

关键词：反激式;隔离型;LTspice仿真

0引言

开关电源通过不同种类的拓扑结构，将标准电压转换为各种设备所需电压，具有体积小，效率高和输出稳定等特点，已经逐步发展为电子信息产业中不可或缺的电源设备[1]。反激式开关电源因其拓扑简单，其成本低廉及电源模块的体积小，在小功率应用场合被大量应用，如通讯、医疗、汽车电子、工业设备之中。

目前隔离型开关电源的反馈稳压技术主要分为如表1所示四种，各种方案均具有相应的特点，原边反激式开关电源控制器内部集成了开关器件、采样电阻、比较电路等，使得芯片外围电路更加简单。在小型化、轻便话需求下，随着各种新工艺、新技术的不断问世，原边反馈式反激式开关电源得到了大力发展，各种新器件被各大厂商研发出来。

无光耦反馈的隔离型反激式开关电源稳定性好，当前，开关电源芯片主要呈现以下两个发展趋势：高集成。随着高压集成电路的发展，功率器件和整流二极管集成进芯片内部，降低了功率分器件的成本[2]。在芯片的内部具有相应电路，这些电路可以实现芯片的保护功能，比如软启动、过流等功能，芯片内部集成的这些模块，使得芯片的外围电路得到简化，工程师在使用芯片后不需要搭建复杂的电路，在芯片的外部引脚处只需要配置好阻容即可实现之前复杂电路的各种功能。甚至电感、变压器、电容等器件都可以集成进芯片封装。这样做的好处是可以针对某一特定的电感或者变压器进行精确设计，而紧凑的布线进一步减小了寄生参数可能引起的性能下降。

高可靠性的开关电源芯片一直以来都是各大厂商积极开发研究的方向，尤其是在目前开关电源的大量应用后，各大厂商研究的芯片性能不断提升，很好的适应了时代的飞速发展，应对各种各样的需求。主流厂商推出的高性能电源芯片譬如，PI（Power Integrations）公司推出的各种系列电源芯片TOPSwitch、LinkSwitch系列，其特性优秀及参考设计丰富，受到电源工程师的青睐，另外，安森美公司也具有性能优异的电源芯片，这些主流厂商的产品都是同类产品中具有代表性的开关电源芯片。

ADI公司的LT3573芯片不需要辅助绕组或光耦隔离器来的方式来获得反馈信号进而控制输出的稳定。本文基于此芯片进行反激式电源设计。

1电源设计要求及基本工作原理

ADI公司的LT3573反激式隔离电源控制器输出功率高达7W，内部具有一个集成式1.25A NPN电源开关，基于此芯片设计一款15V转15V隔离电源模块，此电源模块输出电压范围在14V～16V，电源模块功率6W，输出电压纹波小于100mV，电源模块的效率在80%左右。

LT3573是专为原边反馈隔离型反激式拓扑结构而设计的单片开关稳压器件，反激式开关电源在开关管关断期间，变压器励磁电感的储能会通过变压器的二次侧释放，这期间的变压器二次侧电压与开关管导通期间电压及极性相反，此时会产生感生电动势在变压器的一次侧，此感生电动势即反激电压，LT3573通过检测此电压进行稳压输出闭环控制，输出电压用两个电阻器编程。 和内置Q2将反射电压变成电流，电流通过 流出，形成反馈电压，反馈电压与1.23V进行比较得到控制信号，进而调整占空比，占空比进行动态变化，使输出电压趋于预设值。如图1所示。

3仿真验证

LTSpice IV 是亚德诺半导体提供的免费电路图模拟软件，具有集成电路图捕获和波形观测功能[3]。其混合使用Spice命令和电路图以及海量无源和有源元件库。该软件还支持任何尺寸的电子电路和分层电路、甚至来自第三方来源的电路添加目前库里尚未包含的组件。其能快速进行 SMPS 交互式仿真，且无元件或节点数目的限制。LTspice IV内置了 LT 公司新型 SPARSE 矩阵求解器，采用专有的并行处理方法，实现了对任务的高效并行处理[4]。本设计使用LTSpice IV 进行仿真。

在满载情况下（输入电压为15V，输出负载电阻为37.5欧姆），测试输出电压如图2所示，测试结果为14.25V，在轻载情况下（输入电压为15V，输出负载电阻为375欧姆），测试输出电压如图3所示，测试结果为14.73V，均符合设计要求。

4结论

随着仿真技术的发展，利用仿真软件进行电路的仿真分析，可以直观的观测到电路中的关键点波形，仿真结果可以作为判断电路设计是否合理的依据，方便、快捷的仿真分析可以降低开发设计验证的时间，设计开发人员可以根据仿真波形进行电路的特性分析，比如功能、功耗、可靠性等方面，进而在实际调试中提供参考。将智能仿真技术应用在产品开发之中，可以在前期将电路进行仿真验证，为硬件设计优化提供重要参考，避免了样机试制后发现设计缺陷在进行改版的问题，从而节省开发成本，切实提升了产品设计的可靠性和安全性。在仿真工具的验证下，本设计实现了预期设定目标。

参考文献

[1]赵科技，张加胜，郑长明，等一种双Buck-Boost型直流变换 器的研究[J].计算机仿真，2020，37（5）：201-206

[2]陈晓亮.无光耦原边反馈反激式开关电源的设计研究[D].廈门：厦门大学，2011：4-4

[3]赖联有，陈仅星，许伟坚.基于LTspice IV的开关电源设计及仿真[J].通信电源技术，2010，27（1）：28-29.

[4]沙占友.开关稳压器计算机辅助设计与仿真软件的应用[M].北京：机械工业出版社，2008.