今天給大家分享的是小功率反激拓?fù)涞?a target="_blank">仿真分析方法。

作為一名硬件工程師，日常的原理設(shè)計(jì)，PCB layout，硬件調(diào)試等必不可少。不過(guò)現(xiàn)在市面上的電路仿真軟件也越來(lái)越多樣化，諸如Multisim，saber，Pspice，LTSpice，Proteus等等，這為前期電路方案的設(shè)計(jì)提供驗(yàn)證，同時(shí)節(jié)省了不少時(shí)間。

本文給大家推薦ADI公司的LTSpice軟件，該軟件支持模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的仿真，非常適合電源拓?fù)涞姆抡娣治觥?/p>

反激拓?fù)涫怯葿uck-Boost拓?fù)溲葑兌鴣?lái)，通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)初次級(jí)隔離，這里原理就不闡述了。

我們通過(guò)LTSpice搭建反激拓?fù)浞抡骐娐?，如下圖。

1.TNY280芯片介紹

電源控制芯片采用PI公司的TNY280，內(nèi)置700V功率MOS管，擁有可調(diào)限流、振蕩器、高壓開(kāi)關(guān)電流源以及熱保護(hù)關(guān)斷等功能。TNY280采用開(kāi)/關(guān)控制方式，無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償，具有設(shè)計(jì)靈活，成本低，功率輸出范圍大等特點(diǎn)。

TNY280通過(guò)BP/M引腳電容值可選擇不同的電流限流點(diǎn)，電流限流點(diǎn)越高，峰值功率越高，同時(shí)連續(xù)輸出功率也越高;電流限流點(diǎn)低，可以提高系統(tǒng)的效率。

該芯片導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，可以在更低輸入電壓下維持輸出的穩(wěn)定/維持時(shí)間, 能夠使用更低容量的輸入電解電容，同時(shí)降低了最大過(guò)載功率，從而降低變壓器、初級(jí)箝位及次級(jí)元件的成本。 TNY280具有頻率抖動(dòng)的功能，在輕載和重載情況下，靈活調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率，在優(yōu)化系統(tǒng)效率的同時(shí)，降低了EMI。 TNY280可選擇使用Zener實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓關(guān)斷，可選擇使用一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置輸入欠壓保護(hù)閾值，此外高帶寬提供快速的無(wú)過(guò)沖啟動(dòng)及出色的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)。

2.原理設(shè)計(jì)分析

現(xiàn)在闡述一下各部分電路的設(shè)計(jì)：

1.變壓器設(shè)計(jì)：變壓器原邊繞組電感量設(shè)置為350uH，次級(jí)電感量設(shè)置為16uH，漏感系數(shù)設(shè)置為0.98，基于Ae*Bm=n*Lp*Ip，選用EF20磁芯和骨架，Ae,Bm,n一定時(shí)，初級(jí)電感量較小時(shí)，原邊峰值電流就較大，當(dāng)TNY280限流點(diǎn)合理設(shè)置時(shí)，變壓器不容易飽和。但初

級(jí)繞組感量不能很小，否則變壓器理論輸出功率會(huì)變小，帶載能力差。

2.漏感吸收電路：一般分為RCD吸收和TVS吸收，兩者的特點(diǎn)在于：RCD吸收電路將漏感能量通過(guò)RC的充放電形式進(jìn)行消耗，EMI性能較好，但是效率較低;TVS吸收電路將漏感能量轉(zhuǎn)換成熱能的形式進(jìn)行消耗，效率高，但是EMI性能較差。本次采用RCD吸收電路，其中R3和R5取值為100kΩ，C2取值1nF，D1和D2選用US1M(考慮極限電壓應(yīng)力需要2個(gè)US1M串聯(lián))。

3.IC芯片外圍電路：TNY280 EN腳接光耦的輸出引腳，作為控制內(nèi)部PWM通斷的控制信號(hào)。BP腳為限流點(diǎn)設(shè)置管腳(典型值5.85V，最大值6.15V)，C1電容值設(shè)置為0.01uF(數(shù)據(jù)手冊(cè)中0.1uF對(duì)應(yīng)限流點(diǎn)為750mA,1uF對(duì)應(yīng)限流點(diǎn)為650mA,0.1uF對(duì)應(yīng)限流點(diǎn)為

850mA)。BP腳影響啟動(dòng)時(shí)間，仿真中需要縮短啟動(dòng)時(shí)間，否則仿真會(huì)出現(xiàn)卡頓不收斂現(xiàn)象。此外，增加R10 1000K上拉增加可靠性，通過(guò)6.2V穩(wěn)壓管D4 鉗位保護(hù)。由于TNY280內(nèi)置700V MOS管，考慮變壓器漏感和反射電壓等因素，需要外置MOS管Q1進(jìn)行分壓，減少TNY280的電壓應(yīng)力，提高系統(tǒng)的可靠性。采用的外置MOS管型號(hào)為STP8NM60(650V/8A)，R6~R9取值為510K，為MOS管提供柵極電流，ZMY15穩(wěn)壓管U5為柵源極電壓鉗位，該電路能夠使外置MOS管與TNY280同步開(kāi)通和關(guān)斷。U4和U6為T(mén)VS，為T(mén)NY280漏源極進(jìn)行電壓鉗位，R13為T(mén)VS限流電阻，提高TVS使用壽命。U7為磁珠，改善原邊電流尖峰，減小對(duì)外的EMI。

4.TL431反饋設(shè)計(jì)：TL431內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為2.5V，本次設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足12V±5%的精度，故上下分壓電阻R2和R12分別設(shè)置為12K和3K，理論輸出電壓值為12.5V。TL431的環(huán)路補(bǔ)償參數(shù)R4和C4設(shè)置為1K和10nF。光耦U2作為初次極的隔離。--TL431電路案例詳解+工作原理+功能引腳圖

5.次級(jí)輸出設(shè)計(jì)：半波整流二極管D3選用MUR460(600V/4A)，濾波電路采用Π型的CLC濾波，其中電感L4取值為1uH，假負(fù)載R11電阻為750Ω，防止空載狀態(tài)下，輸出電壓值過(guò)高。

3.仿真設(shè)計(jì)參數(shù)性能

電路實(shí)現(xiàn)的具體參數(shù)性能如下：

1.輸入電壓：100-500VDC(寬電壓范圍)

2.輸出電壓：12V±0.5%(輸出精度高)

3.輸出平均電流：1A(帶載能力)

4.輸出峰值電流：1.5A(負(fù)載突變瞬態(tài)響應(yīng))

5.開(kāi)關(guān)頻率：50kHz-200kHz

6.效率：70%左右(峰值效率80%)

7.滿(mǎn)足相關(guān)EMI標(biāo)準(zhǔn)要求

4.仿真結(jié)果

4.1基本電氣參數(shù)

輸入 電壓	參數(shù) 指標(biāo)	常態(tài)負(fù)載 500mA	重載 1A
500VDC	輸出電壓/電流	輸出電壓：12.3V~12.6V，輸出電流：520mA	輸出電壓：12.3V~12.5V，輸出電流：1.02A~1.05A
	漏源極電壓	峰值電壓680V	峰值電壓740V
	原邊電流	原邊電流：0.88A，峰值電流：0.88A	原邊電流：0.95A，峰值電流：1.22A ? ? ? ? ? ? ? ? ?
	開(kāi)關(guān)頻率和占空比	開(kāi)關(guān)頻率：130.617KHz，開(kāi)關(guān)周期：7.656s，導(dǎo)通時(shí)間：545.6ns，占空比7.13%	開(kāi)關(guān)頻率：129.426KHz，開(kāi)關(guān)周期：7.726s，導(dǎo)通時(shí)間：613ns，占空比7.93%
100VDC	輸出電壓/電流	輸出電壓：12.4V~12.6V，輸出電流：520mA	輸出電壓：11.8V~12.0V，輸出電流：0.98A~1.00A ? ? ? ? ? ? ? ? ?
	漏源極電壓	峰值電壓308V	峰值電壓 340V
	原邊電流	原邊電流：0.74A，峰值電流：0.74A	原邊電流：0.8A，峰值電流：0.8A ? ? ? ? ? ? ? ? ?
	開(kāi)關(guān)頻率和占空比	開(kāi)關(guān)頻率：130.606KHz，開(kāi)關(guān)周期：7.656us，導(dǎo)通時(shí)間：2.645us，占空比34.55%	開(kāi)關(guān)頻率：134.506KHz，開(kāi)關(guān)周期：7.43us，導(dǎo)通時(shí)間：2.79us，占空比37.55%

4.2負(fù)載突變

輸入電壓	負(fù)載突變
100VAC	輸出電壓：11.5V~13.6V，突變電流峰值為1.5A
500VAC	輸出電壓：11.6V~13.5V，突變電流峰值為1.5A

4.3效率分析

輸入電壓	效率分析和曲線圖
100VAC
500VAC

4.4 EMI分析

（傳導(dǎo)頻段：150kHz~30MHz，輻射頻段：30MHz~1GHz）

注：輻射頻段30MHz~1GHz電腦CPU算力不足，無(wú)法仿真

傳導(dǎo)滿(mǎn)足EN55022標(biāo)準(zhǔn)

輸入電壓	EMI波形分析
100VAC
500VAC

5.總結(jié)

本文使用ADI公司的LTSpice軟件，基于常規(guī)的小功率反激拓?fù)?，進(jìn)行基本電氣參數(shù)、負(fù)載突變、效率、EMI等性能的分析，對(duì)于后期的硬件驗(yàn)證具有較好的指導(dǎo)意義。

總之，LTSpice非常適合電源拓?fù)涞姆抡娣治?，硬件工程師們還是有必要掌握的。

*本文投稿人/作者： 閑云野鶴

審核編輯：湯梓紅