基于Multisim 10的高品质开关稳压电源的设计与仿真

(Vi?Vs)D (4-1) L式中：Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和，约0.6～?ILon?0.9V。

toff时，开关管S截止，二极管D处于导通状态，储存在电感L中的能量提供给输出，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，设二极管D的正向电压为Vf，toff时，电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi，电流的减少部分△ILOff满足式(2)。

?ILoff?(V0?Vf?Vi)toffL (4-2)

式中：Vf为整流二极管正向压降，快恢复二极管约0.8V，肖特基二极管约0.5V。

在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时，△ILon=△ILoff，由式(4-1)和(4-2)可得

toffton?Vi?Vs (4-3)

V0?Vf?Vi占空比D?ton,即最大占空比Dmax T?V0?Vi （4-4） V0Dmax?VO?Vf?ViV0?Vf?Vs如果忽略电感损耗，电感输入功率等于输出功率，即

Vi?IL(ave)?V0?I0 (4-5) 由式(4-4)和式(4-5)得电感器平均电流

IIL(AVE)?0 (4-6)

1?D同时由式(1)得电感器电流纹波

?IL?(Vi?Vs)D （4-7） Lf式中：f为开关频率。

为保证电流连续，电感电流应满足

IL(ave)??IL/2 （4-8）

考虑到式(4-6)、式(4-7)和式(4-8)，可得到满足电流连续情况下的电感值为

L?2(Vi?Vs)D(1?D) （4-9）

IOf另外，由Boost升压电路结构可知，开关管电流峰值Is(max)=二极管电流峰值Id(max)=电感器电流峰值ILP。

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ILP?IL(ave)?(?IL/2) (4-10)开关管耐压 Vds(off)?V0?Vf （4-11）二极管反向耐压 Vr?VO?Va （4-12）

斩波电路各元器件选择：

（1）储能电感L

根据输入电压和输出电压确定最大占空比。由式(4-4)得

Dmax?V0?Vi36?18??0.5 （4-13）VO36当输出最大负载时至少应满足电路工作在CCM模式下，即必须满足式(9)。

L?2(Vi?Vs)D(1?D)2?(18?0.9)?0.5?(1?0.5) ??50.3uH （4-14）

I0f2?85000同时考虑在10％额定负载以上电流连续的情况，实际设计时可以假设电路在额定输出

时，电感纹波电流为平均电流的20％～30％，因增加△IL可以减小电感L，但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容C2，取30％为平衡点，即

I2?1.2? (4-15) ?IL?0.3?IL(ave)?0.3?0?0.3?1?D1?0.5由（4-7）和（4-15）可得

(18?0.9)?0.5L?(Vi?Vs)D/?IL(ave)??178.1?F （4-16）

1.2?40000 L可选用电感量为180～300μH且通过5A以上电流不会饱和的电感器。电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大，材质好的磁芯如环形铁粉磁芯，承受峰值电流能力较强，EMI低。而选用线径大的导线绕制电感，能有效降低电感的温升。

（2）输出二极管D和输出电容器C的选择

升压电路中输出二极管D必须承受和输出电压值相等的反向电压，并传导负载所需的最大电流。二极管的峰值电流Id(max)=ILP=5.11A，本电路可选用6A／50V以上的快恢复二极管，若采用正向压降低的肖特基二极管，整个电路的效率将得到提高。

输出电容C2的选定取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效串联电阻ESR有关，电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。 电容的ESR<△V0/△IL=40x1％/1.33=O.3Ω。

另外，为满足输出纹波电压相对值的要求，滤波电容量应满足

V02DT362?0.5 C1???202.5?F （4-17）

?VOI040?1%?2?40000 根据计算出的ESR值和容量值选择电容器，由于低温时ESR值增大，故应按低温下的

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ESR来选择电容。因此，选用200μF／50V以上频率特性好的电解电容可满足要求。

4.3 电路整体分析

整体电路图如图4-6，电路图由三部分组成：

（1）启动电路，即降压整流滤波电路，这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。

（2）PWM脉冲控制驱动电路，它的主体是一个UC3842芯片，以及它的外围电路组成。用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作，并且它自带保护脚③，简单方便。

（3）输出部分，它是由一个升压直流斩波电路构成，结构原路简单。

图4-6整体电路图

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5 开关稳压电源的测试及仿真

5.1 仿真软件Multisim 10概述

Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，其中multisim 10是最新版本。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。 (1)通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 (2)通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为 (3)借助高级电路分析, 理解基本设计特征

(4)通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试

(5)通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

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