圖8 反激轉(zhuǎn)換器中的PWM開關(guān)模型。

此原理圖在變壓器周圍集成了所有器件，現(xiàn)在沒有簡化。連接到次級繞組，我們可以確定輸出電容（Cout）及其等效串聯(lián)電阻（Resr1）和輸出負(fù)載（Rload）。在輔助繞組上，可見Vcc電容（CVcc）與 ESR（Resr2）串聯(lián)。同時，IC 已被建模，電阻 RIC 。最后，電阻也存在輔助繞組和 ZCD 引腳之間連接。在 SPICE 中仿真這個原理圖，我們可以提取功率級（Ctrl節(jié)點到Vout）的控制輸出波特圖。圖9顯示了結(jié)果。請注意，雖然仿真圖8原理圖中使用的器件值沒顯示，但這些值是實際應(yīng)用的代表。

圖9 功率級傳遞函數(shù)。

我們來選擇一個交越頻率 fc，在1千赫處。這是在快速瞬態(tài)響應(yīng)和良好的抗噪性之間一個很好的權(quán)衡。在 DCM 電流模式反激式轉(zhuǎn)換器中的右半平面零點（RHPZ）遠(yuǎn)離且不干擾我們。在這截止頻率處，功率級衰減測量為19.5分貝和相位為- 88.9°。

因為反饋信號由輔助繞組生成，我們需要建立一個與在 Vaux 節(jié)點觀察到的輸出相同的波特圖（圖10），相位形態(tài)沒有改變但幅值曲線受到變壓器匝數(shù)比的影響：

(1)

圖10 輔助繞組上的傳遞函數(shù)。

使用此平均模型配置，輸出端的所有器件都會自動反映到輔助繞組。在這里，這兩個二極管都有可以忽略不計的動態(tài)電阻，并視為短路。

功率級平均模型的簡化

下一步將包括簡化原理圖和減少器件的數(shù)量，而不改變傳遞函數(shù)。在圖8中的原理圖，我們看到有三個繞組：第一個繞組是初級繞組，第二個與功率傳輸（次級功率繞組）有關(guān)，而第三個繞組用于輸出電壓的測量。它也被設(shè)計用來為控制器供電（輔助繞組）。

由于最后的目標(biāo)是繪制開環(huán)傳遞函數(shù)，我們將以單個次級端繞組盡量簡化變壓器。所有的波特圖將不在本文顯示，第一步是要去掉 IC 的電阻，然后是 Vcc 電容。最后可能的簡化是反映連接次級端到輔助繞組的器件。

讓我們把重點放在如圖11所示的變壓器上。和圖8比較，連接到輔助繞組的元件數(shù)量現(xiàn)在受限于 ZCD 引腳橋電阻。連接初級到電源次級和輔助繞組的匝數(shù)比分別記為 NPS 和 NPA

其中

圖11 變壓器及次級器件。簡化這個原理圖將使我們能夠簡化功率級平均模型。

為了更清晰易懂，我們將分為兩步。首先，輸出電容和電阻負(fù)載被反映到初級端，如圖12所示。然后，這些元素將從初級到輔助繞組被反映出來。

圖12 輸出電容和負(fù)載反映到初級端。

變壓器周圍的反射元件

如果我們視電路器件為理想的，這些器件是如何反射到變壓器的，特別是使二極管有 0? 動態(tài)電阻？讓我們來看看圖13中繪制的理想變壓器的方程。

圖13 理想變壓器。

實際應(yīng)用

基于NCP1365 的 PSR 轉(zhuǎn)換器已裝配為如圖26所示。前面計算的元件值已被用于補償部分并焊接到電路板上。5V 輸出適用于每秒 1A 至 2A 的負(fù)載。如圖27所證實，瞬態(tài)響應(yīng)極佳，與輸入電壓無關(guān)。

采用安森美半導(dǎo)體的 NCP1365 的 PSR 板已裝配。它提供 5V 和高達(dá) 2A 的輸出電流。

在低壓和高壓條件下測量的瞬態(tài)響應(yīng)證實轉(zhuǎn)換器的極佳穩(wěn)定性。

總結(jié)

本文討論了兩個主要議題：反激轉(zhuǎn)換器在初級端調(diào)節(jié)下的工作模式和功率級平均模型的使用，以分析其運行。我們在建模過程中取得了進(jìn)展，先仿真一個我們已添加了一個輔助繞組的簡單的 QR 功率級。最后，引入采樣保持電路。

有了現(xiàn)代初級端調(diào)節(jié)控制器，經(jīng)典的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和 PSR 之間的差異在于調(diào)節(jié)方式的執(zhí)行。有了精心設(shè)計的變壓器，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定性非常接近基于光耦的電源。

在本文的第二部分，我們展示了一個在控制器 IC 內(nèi)集成采樣保持電路的初級端調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)的計算。得益于 Mathcad 軟件，我們能夠由傳遞函數(shù)建立波特圖，并將它和本文前面提到的仿真模型進(jìn)行比較。兩個波形結(jié)果相似。

最后，所需的補償電路已被定義和規(guī)范為相匹配的相位裕度要求。根據(jù)本文，您能夠為一個使用PSR的轉(zhuǎn)換器設(shè)計 type-2 補償電路。當(dāng)然，同樣的方法也可以用于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如用于實現(xiàn)功率因數(shù)校正的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

實際上，一些 PSR 控制器內(nèi)置補償，所以設(shè)計師沒有這個設(shè)計選擇。但是采用本文所列的安森美半導(dǎo)體 PSR 控制器（以及以后的其它器件），通過建模來設(shè)計外部補償電路的能力將省去設(shè)計者以前可能依賴的試錯法。