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1、准方波谐振仿真从简化模型中受益准方波谐振仿真从简化模型中受益作者：安森美半导体,Christophe准方波谐振拓扑又称为准谐振(QR)系统，因其具有许多优点而日益普及。如果用综合性的瞬态 Spice 模型帮助设计电源，由于其包含的特性过多，其中如静态电流、短路保护等对于初次评估计算值而言是毫无用处的，因此反而会使计算时间增加，反覆运作变得困难且冗长。本文将简要地论述通用 QR 模型的基础，其主要特点是执行速度。尽管准谐振系统看似复杂，但它具有许多优点，如：?通过使重启电源开关与最小化 MOSFET 漏极上的电压同步进行，实现零电压开关(ZVS)，因而容性损耗减至极小。?由于变频器在不连续导电模
2、式下工作，因而可通过检测次级电流归零，方便地实现同步整流。只需一个简单的比较器来断开起二极管作用的有源开关。?寄生辐射小。因为其包络不像实际刚性开关的波形那么陡峭；而且，实现 ZVS 后，寄生辐射峰值出现在开关接通之后，开关接通时所有电容器几乎都要放电。?导通时间取决于输入电压，减小储能电容可以方便地实现高频颤动，从而使 100Hz 的波纹调制工作频率。回扫式 QR 系统要求检测磁芯去磁以便正常工作。这就是说，导通时控制器将功率开关接通，并按Vin / Lp(Vin 为整流后的储能电压，Lp 为初级电感)以 A/ms 的速度对磁芯进行磁化。当峰值电流达到由负载/线路决定的值时，开关断开，储藏在
3、初级电感中的所有能量传到次级。现在初级电流以另一个速度减少，它不再受 Vin 的影响，而是受“回扫”电压 Vout+Vf x N/Lp 的限制，其中 Vout是输出电压，Vf 是次级整流管在给定峰值电流下的正向压降，N 为次级对初级的匝数比。图 1 和图2 对于在一个开关周期内这些信号如何变化的问题作出了必要的说明。总的来说，控制器需要在 Ipeak 时断开开关，等到磁芯去磁后再次接通开关，开始另一个循环。反馈回路的作用就是不断地调整峰值电流，从而调整输出电压到给定线路/负载的要求值。图 3 是 QR 控制器典型的内部结构，从中我们可以看到不同的部分：?用于检测磁芯去磁的电路，通常通过监测由辅
4、助绕组提供的电压进行，该电压公式。这一功能由一个比较器完成，我们在后文中会介绍。?在电流模式下工作的 QR 控制器中应当有一个闩锁电路。当达到峰值电流设定值时，开始去磁。?快速电流比较器，当达到初级电平时对闩锁电路复位。控制器中最重要的部分是磁芯去磁检测，它包含一个滞后比较器，如图 4 所示。一个齐纳二极管锁定了辅助电平(通过一个串联电阻限流)，同时也构成一个真正的集成电路，防止在导通期间在去磁引脚端出现大的负向摆动而造成危害。执行滞后比较器只需几行 Spice 代码即可：IsSpice4:.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT VHIGH=12 VLOW=100m VH
5、YS=50mB2 HYS NINV V = V(OUT) (VHIGH+VLOW)/2 ? VHYS : 0B1 4 0 V = V(HYS,INV) 0 ? VHIGH : VLOWRO 4 OUT 100CO OUT 0 100PF.ENDSPSpice:.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT params: VHIGH=12 VLOW=100m VHYS=50mEB2 HYS NINV Value = IF ( V(OUT) (VHIGH+VLOW)/2, VHYS, 0 ) EB1 4 0 Value = IF ( V(HYS,INV) 0, VHIGH, VLO
6、W ) RO 4 OUT 100CO OUT 0 100PF.ENDS一旦所有块组合在一起就创建出符号表示系统，从而得到最终的应用电路(图 5)。双绕组变压器和简化的反馈系统进一步简化了仿真器的工作。可以使用 MOSFET 晶体管，但还可以用一个简化的开关构成一个更简单的应用电路。一个简单的 RC 网络R6-C6 可引入必要的延时，用于在漏-源波形的最低点重新启动开关，也称为“谷点开关”运行。由于模型的简化，电路可以在不到 20 秒的时间内模拟 1GHz 计算机中 2ms 的瞬态运行。同样的电路，但使用实际 QR 模型，如 NCP1205，需要 70 秒，时间是简化模型的 3.5 倍以上。因此
7、负载的瞬态响应和迭代工作也可方便地进行，而不需花费设计人员很多时间。完整的模型有 INTUSOFT版本和 OrCAD 版本(完全立即可用的模板)，并可以从网站下载：http:/perso.wanadoo.fr/cbasso/Spice.htm。请注意，子电路 FreeRunDT 具有最小的 Toff(它锁定了最大的开关频率，同时也消除了漏感的寄生振铃)，而另一个子电路 FreeRunNDT 不具有最小 Toff 发电机的特点。 图 1 典型的回扫漏-源波形图 2 DCM 中初级电流上升并下降至零图 3 电路通过一个电压检测去磁并重新启动电源开关开始另一循环图 4 滞后比较器可清除瞬变期间寄生振荡的影响图 5 无需向此简化模型提供 Vcc 电平
