分享一个开关电源仿真实例

由于开关电源具有很强的非线性，并且经常是双环乃至多环反馈，因此无论用哪种仿真工具，对其进行仿真分析都是一件很困难的事情，相信用Saber进行开关电源分析的网友，也有过类似的经验。这个仿真实例中使用了TI的UC3844做为控制器，实现一个反激电路。验证电路源于TI公司的UC3844 数据手册(data sheet) 第七页所提供的反激变换器设计电路。

如下图所示：

在SaberSketch根据对该原理图进行适当修改，具体修改情况如下:
1.输出由双路 ±12V/0.3A 的负载改为 24V/0.6A负载.
2.输出滤波电容C12/C13 由2200u 改为141u. C11 由4700u 改为3000u
3.去掉负载绕组供电的复杂滤波网络, 改为RC充电模式, 其中R=10, C=C2=100u.
4.将输出部分的滤波器由π 型改为 电容直接滤波.
5.去掉MOSFET (UFN833)的缓冲电路( SNUBBER).
6.对部分Saber中没有模型的器件进行替换:
a. POWER MOSFET UFN833->mtp4n80e
b. Current Sense R10=0.33->R10=0.55
c. Output Rectifier USD945->mbr2545ct UFS1002->ues704
d. T1采用 xfrl3 template 使用电感量控制变比, L1=1m, L2=10.7u, L3=216.7u, L4=66.9u.
在完成以上修改后，在各种负载条件下，对该电路进行仿真分析。
测试条件:
Vacin = 117V,
Vout = 5V/4A (Rload =1.25)
Vout = 24V/0.6A (Rload=40)
分析结果如下：

如上图图所示，额定负载情况下，Vout = 5.0019V/23.933V。

如上图所示，额定负载情况下输出频率为: FOSC= 39.383KHz , 占空比D=0.26761, 输入直流电压Vdc=144.31V。
将上面两张图的测量结果带入反激电源的基本计算公式可以得到:
Vo(24V) = Vin×(N2/N1)×D/(1-D)
=144.31×Sqrt(1m/216.7u)×0.267/(1-0.267)
≈24.5V
Vo(5V) = Vin×(N2/N1)×D/(1-D)
=144.31×Sqrt(1m/10.7u)×0.267/(1- 0.267)
≈5.45V
考虑负边整流二级管压降等因素，计算与测量结果基本相符。
额定负载情况下输出电压纹波电压波形。

如下图所示；

额定负载情况下MOSFET漏极和ISEN管脚电压波形。

如下图所示；

额定负载情况下变压器副边绕组波形。

如下图所示；

额定负载情况下反馈端(误差放大器)波形。

如下图所示；

Vacin = 117V Vout = 5V/2A (Rload =2.5) Vout = 24V/0.3A (Rload=80)
测试结果如下图所示：

如上图所示，测试结果为 Vout = 5.0976V/24.167V
接下来我们看看1/4负载情况下的仿真结果，测试条件如下：
Vacin = 117V Vout = 5V/1A (Rload =5) Vout = 24V/0.2A (Rload=120)
测试结果如下图所示：

如上图所示，测试结果为Vout = 5.1493V/24.273V
结合所有的测试结果，得出输出精度如下所示：
负载情况 输出电压 精度
5V 24V 5V 24V
满载(Full Load) 5.0019 23.933 0.38% 0.28%
半载(Half Load) 5.0976 24.167 1.95% 0.69%
轻载(Light Load) 5.1493 24.273 2.98% 1.14%

下面我们再看看电源的工作效率，额定负载工作情况下效率。

如下图所示；

由上图可以看出，额定负载工作情况下效率：
η= (14.321W+20.032W)/39.647W = 86.6%