一種多輸出反激式開關變換器的仿真設計

胡思誠，劉東立，龔星易，蔣炳瑞，劉 佳

（黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引 言

反激變換器在日常生活中得到了廣泛應用，尤其是小功率場合，但是隨著電子設備用量的日益增多，多路輸出電源的市場需求也日益增大[1]。針對多用途直流電源設備的使用需求，從電氣隔離、環路控制、整體效率以及拓撲結構等方面進行綜合分析，設計了一種反激式多路輸出開關變換器[2]。

1 原理分析

從安全角度考慮，將buck-boost電路的單個電感變成雙邊繞制電感后，對輸入端和輸出端進行電氣隔離，形成了反激變換器初等模型，電路原理如圖1所示。

圖1 buck-boost電路插入隔離電感后圖

開關管Q導通時，原邊線圈磁場發生變化，產生的內電場抵消了外電場，原邊電場開始儲能，副邊線圈感應電動勢上正下負，但二極管處于D反偏狀態，因此副邊線圈中無電流流過。開關管Q關斷時，原邊線圈電壓為上負下正，副邊線圈同為上負下正，但輸出為負，二極管仍然不導通。此情況下，線圈只有正的伏秒積沒有負的伏秒積，因此需改變線圈同名端，得到如圖2所示的結構，即反激變換器原理圖。

圖2 反激變換器原理圖

開關管Q導通期間，線圈原邊開始儲能，原邊電壓上正下負，副邊電壓下正上負，因此二極管D不導通。開關管Q斷開期間，線圈原邊電壓下正上負，副邊電壓上正下負，二極管D導通，線圈開始放能。儲能放能的過程中，線圈達到了伏秒積平衡。

從反激變換器結構分析，它能較簡單地從電源中得到多路輸出，線圈既起著扼流的作用，又起著變壓、隔離和儲能的作用，只需一個二極管和電容就能得到不同的輸出?；谝陨瞎ぷ髟?，設計了一種交流輸入、輸出為±5 V的多路直流輸出反激變換器。

系統采用交流輸入，由輸入整流電路、輸入濾波電路、DC/DC變換電路、輸出濾波電路、驅動電路、控制電路、采樣反饋電路以及輔助電源電路組成，如圖3所示[3]。

2 實驗測試

設計采用MATLAB/Simulink軟件對主電路及控制電路進行仿真，根據控制芯片的原理，仿真結果應該是由超調震蕩到逐漸穩定的輸出電壓，且輸出電壓最后穩定在輸出值。根據芯片和電路的結構原理，在Simulink環境下搭建的仿真模型如圖4所示。

圖3 系統整體結構框圖

首先，三角載波與電壓補償調制信號在振蕩器上升沿觸發的條件下產生PWM信號，其中PWM信號的產生是通過比較器和PID調節器共同作用實現的。其次，將輸出電壓采樣值與固定參考值進行比較，將其輸出值接到5 V參考的反相端，輸出結果經過PID調節后再與鋸齒波比較，達到控制輸出占空比的目的。最后，通過PWM信號控制主電路開關管的通斷，將輸出結果在示波器Scope上進行仿真輸出。

理論上，控制芯片輸出的每路驅動波形最大占空比可達50%，但是根據實際情況，在留有一定死區的條件下，使最大占空比設置為0.43。經過適當的參數調整后，即可在示波器界面得到仿真輸出波形。通過如圖4所示的仿真電路得到仿真結果，其±5 V的輸出結果如圖5所示，其中對于縱坐標有±1 V/格，橫坐標有1 ms/格。

圖4 仿真電路圖

圖5 ±5 V輸出電壓波形

由圖5可知，仿真結果與理論分析一致。整個電源系統經過超調震蕩后，穩定在相應的輸出值，成功證明了總體方案的正確性和可行性。通過仿真得到的輸出波形可以得出結論：整個電源系統具有穩定性，能夠得到相應的輸出值，在實際生產中具有實際應用價值。

3 結 論

本設計的研究對象是多輸出反激式開關電源，分析其工作原理和組成結構，對反激式開關電源進行仿真設計，從實際運行模型角度考慮，并在仿真軟件中進行模型仿真。在MATLAB/Simulink仿真軟件中對反激多輸出電路系統進行仿真，得到±5 V輸出電壓，驗證了系統整體的準確性與可行性。