理解反激式电源设计与仿真

关键的外卖

• 了解什么是反激式电源

• 了解反激式电源的独特设计规范

• 了解仿真在电源设计中的价值

反激式电源的简化电路图

许多技术都被它们的现代后继者超越了。上世纪90年代，我的第一堂计算机课涉及一台如今已成为历史的IBM电脑，它运行DOS系统，配有软盘驱动器。当时，老鼠通常指的是猫永远的敌人，长着胡须的生物。

虽然大多数技术最终会被现代技术所取代，但仍有少数技术在进化周期中幸存下来。在电子设计中，反激式电源的历史可以追溯到70多年前。今天，反激式电源在各种应用中仍然是一种流行的电源转换器。

什么是反激电源

反激式电源包括使用变压器存储一次绕组的能量，并将存储的能量传递到二次绕组。这是变压器在电源设计中应用的一个独特发展，因为它们通常用于提高或降低电压。

一般来说,一个反激式电源设计涉及一个反激变压器，一个场效应晶体管它通过PWM、RCD缓冲器和二次绕组上的整流二极管来控制电流流动。注意，二次绕组的极性相反，并在终端电压中产生突然反转。反激式电源的工作可以分解为场效应晶体管的“开”和“关”循环。

在“开”循环中，流过初级绕组的电流增加到最大值。在这个循环过程中，磁能被储存在反激变压器的磁芯中。此时，连接到次级绕组的二极管处于反向偏置，从而阻止电流流动。

当FET在下一个周期中“关闭”时，初级绕组上的电流停止流动。由于绕组处的电感泄漏，电流流的突然切断会导致巨大的电压尖峰。为了防止FET承受冲击，使用RCD缓冲电路来吸收过多的能量。同时，次级二极管正向偏置，电流流向输出电容器充电。

反激电源的连续模式和间断模式

反激式电源有两种操作模式，每一种都有非常不同的结果。第一种模式被称为连续模式，在这种模式下，存储在变压器中的能量在周期之间没有完全耗尽。与此同时，断续模式确保所有磁能都转移到二次绕组，其特征是“无声间隙”，在下一个正循环开始之前没有电流流动。

对每一种反激式电源运行模式进行仿真，是可行且有价值的。使用SPICE工具，您可以确保满足适当的电压和电流需求，同时还可以确保设备和组件公差充分准备，以处理设计的功率。此外，通过频域测试，您可以放心电源的稳态。

开关电源采用反激式电源。

连续模式与断续模式相比具有相对较小的峰值电流。这导致较低的电感损失和同样较低的输出电压波纹。然而，反激式电源的工作容易受到右半平面零点(RHPZ)的影响，这有效地限制了工作带宽。

当负载电流增大时，RHPZ的影响显著。它往往导致较高的峰值电流，但与较短的导通时间的二极管。这导致了一个延迟，使得反馈控制电路更难以实现。

相比之下，不连续模式不存在同样的问题。它的效率更高，开关损耗更低。

优化反激式电源设计

反激式电源的电路图看似简单，但事实并非如此。应优先考虑反激变压器，因为设计中的失误可能会导致效率和EMI问题。

正确设计反激变压器是至关重要的。

设计师的第一个步骤是得到正确的卷绕比。这确保变压器将提供所需的二次电压与估计的效率。建立初级绕组的最小匝数以防止饱和也是很重要的。

陷入困境的问题变压器的设计是电感漏。尽管试图通过交错绕组来减少泄漏，但当FET关闭时，仍然有一个极小的量导致突然的高电压。这是通过在一次绕组上增加一个缓冲电路来补救的。

当然，除了布局配置之外，您最多可以为电源做的是事先进行适当的模拟。确定适当的电压和电流需求确保电源的完整性，并具有准确，并具有可用性波德图模拟都是PSpice的强大功能。

在众多其他功能中具有直观的预兆图模拟帮助PSpice脱颖而出。

使用权利PCB设计与分析软件可以防止设计缺陷。有多个变量设计一种反激式电源，用它来模拟设计是有意义的PSpice软件模拟器在投入原型制作之前确定问题区域。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．