準方波諧振仿真從簡(jiǎn)化模型中受益
作者：安森美半導體,Christophe
時(shí)間：2003-06-13
來(lái)源：電子設計應用
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盡管準諧振系統看似復雜，但它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：
?通過(guò)使重啟電源開(kāi)關(guān)與最小化MOSFET漏極上的電壓同步進(jìn)行，實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)，因而容性損耗減至極小。
?由于變頻器在不連續導電模式下工作，因而可通過(guò)檢測次級電流歸零，方便地實(shí)現同步整流。只需一個(gè)簡(jiǎn)單的比較器來(lái)斷開(kāi)起二極管作用的有源開(kāi)關(guān)。
?寄生輻射小。因為其包絡(luò )不像實(shí)際剛性開(kāi)關(guān)的波形那么陡峭；而且，實(shí)現ZVS后，寄生輻射峰值出現在開(kāi)關(guān)接通之后，開(kāi)關(guān)接通時(shí)所有電容器幾乎都要放電。
?導通時(shí)間取決于輸入電壓，減小儲能電容可以方便地實(shí)現高頻顫動(dòng)，從而使100Hz的波紋調制工作頻率。
回掃式QR系統要求檢測磁芯去磁以便正常工作。這就是說(shuō)，導通時(shí)控制器將功率開(kāi)關(guān)接通，并按Vin / Lp(Vin為整流后的儲能電壓，Lp為初級電感)以A/ms的速度對磁芯進(jìn)行磁化。當峰值電流達到由負載/線(xiàn)路決定的值時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，儲藏在初級電感中的所有能量傳到次級?，F在初級電流以另一個(gè)速度減少，它不再受Vin的影響，而是受“回掃”電壓 [Vout+Vf] x N/Lp的限制，其中Vout是輸出電壓，Vf是次級整流管在給定峰值電流下的正向壓降，N為次級對初級的匝數比。圖1和圖2對于在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內這些信號如何變化的問(wèn)題作出了必要的說(shuō)明。
總的來(lái)說(shuō)，控制器需要在Ipeak時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，等到磁芯去磁后再次接通開(kāi)關(guān)，開(kāi)始另一個(gè)循環(huán)。反饋回路的作用就是不斷地調整峰值電流，從而調整輸出電壓到給定線(xiàn)路/負載的要求值。
圖 3 是QR控制器典型的內部結構，從中我們可以看到不同的部分：
?用于檢測磁芯去磁的電路，通常通過(guò)監測由輔助繞組提供的電壓進(jìn)行，該電壓公式。這一功能由一個(gè)比較器完成，我們在后文中會(huì )介紹。
?在電流模式下工作的QR控制器中應當有一個(gè)閂鎖電路。當達到峰值電流設定值時(shí)，開(kāi)始去磁。
?快速電流比較器，當達到初級電平時(shí)對閂鎖電路復位。
控制器中最重要的部分是磁芯去磁檢測，它包含一個(gè)滯后比較器，如圖4所示。一個(gè)齊納二極管鎖定了輔助電平(通過(guò)一個(gè)串聯(lián)電阻限流)，同時(shí)也構成一個(gè)真正的集成電路，防止在導通期間在去磁引腳端出現大的負向擺動(dòng)而造成危害。執行滯后比較器只需幾行Spice代碼即可：
IsSpice4:
.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT {VHIGH=12 VLOW=100m VHYS=50m}
B2 HYS NINV V = V(OUT) > {(VHIGH+VLOW)/2} ? {VHYS} : 0
B1 4 0 V = V(HYS,INV) > 0 ? {VHIGH} : {VLOW}
RO 4 OUT 100
CO OUT 0 100PF
.ENDS
PSpice:
.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT params: VHIGH=12 VLOW=100m VHYS=50m
EB2 HYS NINV Value = { IF ( V(OUT) > {(VHIGH+VLOW)/2}, {VHYS}, 0 ) }
EB1 4 0 Value = {IF ( V(HYS,INV) > 0, {VHIGH}, {VLOW} ) }
RO 4 OUT 100
CO OUT 0 100PF
.ENDS
一旦所有塊組合在一起就創(chuàng )建出符號表示系統，從而得到最終的應用電路(圖5)。雙繞組變壓器和簡(jiǎn)化的反饋系統進(jìn)一步簡(jiǎn)化了仿真器的工作?？梢允褂肕OSFET晶體管，但還可以用一個(gè)簡(jiǎn)化的開(kāi)關(guān)構成一個(gè)更簡(jiǎn)單的應用電路。一個(gè)簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò )——R6-C6可引入必要的延時(shí)，用于在漏-源波形的最低點(diǎn)重新啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，也稱(chēng)為“谷點(diǎn)開(kāi)關(guān)”運行。
由于模型的簡(jiǎn)化，電路可以在不到20秒的時(shí)間內模擬1GHz計算機中2ms的瞬態(tài)運行。同樣的電路，但使用實(shí)際QR模型，如NCP1205，需要70秒，時(shí)間是簡(jiǎn)化模型的3.5倍以上。因此負載的瞬態(tài)響應和迭代工作也可方便地進(jìn)行，而不需花費設計人員很多時(shí)間。完整的模型有INTUSOFT版本和OrCAD版本(完全立即可用的模板)，并可以從網(wǎng)站下載：http://perso.wanadoo.fr/cbasso/Spice.htm。請注意，子電路FreeRunDT具有最小的Toff(它鎖定了最大的開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)也消除了漏感的寄生振鈴)，而另一個(gè)子電路FreeRunNDT不具有最小Toff發(fā)電機的特點(diǎn)。
圖1 典型的回掃漏-源波形
圖2 DCM中初級電流上升并下降至零
圖3 電路通過(guò)一個(gè)電壓檢測去磁并重新啟動(dòng)電源開(kāi)關(guān)開(kāi)始另一循環(huán)
圖4 滯后比較器可清除瞬變期間寄生振蕩的影響
圖5 無(wú)需向此簡(jiǎn)化模型提供Vcc電平
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