小功率反激拓撲的仿真方法研究（電路原理設計分析）

阿明哥哥資料區(qū) 2023-07-28 發(fā)布于上海

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作為一名硬件工程師，日常的原理設計，PCB layout，硬件調(diào)試等必不可少。不過現(xiàn)在市面上的電路仿真軟件也越來越多樣化，諸如Multisim，saber，Pspice，LTSpice，Proteus等等，這為前期電路方案的設計提供驗證，同時節(jié)省了不少時間。

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本文給大家推薦ADI公司的LTSpice軟件，該軟件支持模擬信號和數(shù)字信號的仿真，非常適合電源拓撲的仿真分析。

反激拓撲是由Buck-Boost拓撲演變而來，通過變壓器實現(xiàn)初次級隔離，這里原理就不闡述了。

我們通過LTSpice搭建反激拓撲仿真電路，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、高壓開關電流源以及熱保護關斷等功能。TNY280采用開/關控制方式，無需環(huán)路補償，具有設計靈活，成本低，功率輸出范圍大等特點。

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

該芯片導通時間延長，可以在更低輸入電壓下維持輸出的穩(wěn)定/維持時間, 能夠使用更低容量的輸入電解電容，同時降低了最大過載功率，從而降低變壓器、初級箝位及次級元件的成本。

TNY280具有頻率抖動的功能，在輕載和重載情況下，靈活調(diào)整開關頻率，在優(yōu)化系統(tǒng)效率的同時，降低了EMI。

TNY280可選擇使用Zener實現(xiàn)輸出過壓關斷，可選擇使用一個電阻來設置輸入欠壓保護閾值，此外高帶寬提供快速的無過沖啟動及出色的瞬態(tài)負載響應。

2.原理設計分析

現(xiàn)在闡述一下各部分電路的設計：

1.變壓器設計：變壓器原邊繞組電感量設置為350uH，次級電感量設置為16uH，漏感系數(shù)設置為0.98，基于Ae*Bm=n*Lp*Ip，選用EF20磁芯和骨架，Ae,Bm,n一定時，初級電感量較小時，原邊峰值電流就較大，當TNY280限流點合理設置時，變壓器不容易飽和。但初級繞組感量不能很小，否則變壓器理論輸出功率會變小，帶載能力差。

2.漏感吸收電路：一般分為RCD吸收和TVS吸收，兩者的特點在于：RCD吸收電路將漏感能量通過RC的充放電形式進行消耗，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（考慮極限電壓應力需要2個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。BP腳為限流點設置管腳（典型值5.85V，最大值6.15V），C1電容值設置為0.01uF（數(shù)據(jù)手冊中0.1uF對應限流點為750mA,1uF對應限流點為650mA,0.1uF對應限流點為850mA）。BP腳影響啟動時間，仿真中需要縮短啟動時間，否則仿真會出現(xiàn)卡頓不收斂現(xiàn)象。此外，增加R10 1000K上拉增加可靠性，通過6.2V穩(wěn)壓管D4 鉗位保護。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進行分壓，減少TNY280的電壓應力，提高系統(tǒng)的可靠性。采用的外置MOS管型號為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同步開通和關斷。U4和U6為TVS，為TNY280漏源極進行電壓鉗位，R13為TVS限流電阻，提高TVS使用壽命。U7為磁珠，改善原邊電流尖峰，減小對外的EMI。

4.TL431反饋設計：TL431內(nèi)部基準電壓為2.5V，本次設計需要滿足12V±5%的精度，故上下分壓電阻R2和R12分別設置為12K和3K，理論輸出電壓值為12.5V。TL431的環(huán)路補償參數(shù)R4和C4設置為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.次級輸出設計：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，假負載R11電阻為750Ω，防止空載狀態(tài)下，輸出電壓值過高。