Ｉ习吨力毅 ２０１３年第２８期 ＤＯＩ编码：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１３．２８．０３７ ＳＩ Ｍｅｔｒｉｘ，Ｅ“开关电源及其软开关技术”教学中的应用 张冬梅 摘要：“开关电源及其软开关技术”是一门综合性、工程性和实用性很强的课程。针对课程教学中存在的主要问题，提出引入 ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真工具，以基于ＵＣ３８４２的反激电路为仿真实例介绍仿真软件的应用并给出仿真结果。通过分析可知。ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真特别适 合于开关电源的验证、分析、设计和开发，对该课程教学具有很好的应用价值。 关键词：开关电源及其软开关技术；ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真：ＵＣ３８４２：反激电路 作者简介：张冬梅（１９８３－），女，广东湛江人，华南理工大学广州学院电气工程学院，讲师。（广东广州Ｉ ５１０８００） 中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—００７９（２０１３）２８—００８０—０２ 为了完善专业的知识结构、配合学校培养应用型人才的 办学思路，华南理工大学广州学院电气工程学院为本科生开 设了“开关电源及其软开关技术”这门课程。该课程是“电力 电子技术”的后续课程，系统地介绍了开关电源电路的结构组 成、工作原理、设计方法和开发过程，其综合性、工程性和实 用性很强。目前，课程在教学中存在的主要问题：第一，虽然 在课堂教学中使用了多媒体课件，但依然需要花费大量精力对 电路工作原理及其波形进行描述和分析，学生仅凭听讲还是 很难深入理解。第二，在本科生中开设该课程的高校较少，在 市场上很难找到针对该课程的实验装置，学生学习的理论知 识得不到很好的验证。第三，开关电源的硬件开发是一项知识 面要求宽、难度大又危险的复杂技术工作，受时间、空间、物 质条件等因素限制，在这方面不能做过多要求，因此学生动手 能力得不到真正的锻炼。 为了弥补以上不足，本文提出在课程教学中引入ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿 真工具。借助该仿真软件，学生更容易理解理论知识，还可以在 课堂外对所学的知识加以验证以及进行一些设计应用，从而激 发学习的兴趣并增强实践能力。 一、ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真软件介绍 ＳＩＭｅｔｒｉｘ／ＳＩＭＰＬＩＳ是一款用于优化设计电力电子电路的高 级仿真工具，是由美国Ｔｒａｎｓｉｍ公司开发的软件包，具有优秀的 收敛性能和仿真速度，小信号分析方面独具优势，非常适合于 开关电源产品的验证、分析、设计和开发。其内部提供了两种仿 真模式——ｓＩＭｅｔｒｉｘ和ＳＩＭＰＬＩＳ，其中ＳＩＭｅｔｒｉｘ包含了一个增强型 ＳＰＩＣＥ仿真器、原理图编辑器和波形显示器，与其它通用仿真软 件相比，ＳＩＭｅｔｒｉｘ具有以下特 ：口’ 特点一：包含丰富的器件模型。模型库不仅包含了理想的 电路元件，同时还提供了比较通用的、常见的半导体器件和各 类应用广泛的集成电路控制芯片，在此基础上足以构建完整的 开关电源系统。 特点二：先进的测量功能。波形可通过选择检测器然后点 击原理图生成，或在原理图上放人固定的检测器生成，可在仿 真后甚至仿真时查看波形，非常方便。 特点三：强大的波形处理功能。为波形分析提供ＲＭＳ、 ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、一３ｄＢ、ＦＦＴ等４０多种函数，选择这些函数可获得计算 结果并显示在波形旁边。 特点四：具有多种分析功能。包括瞬态分析、交流分析、直 ８０ 流分析、噪声分析、传输函数分析等，每种分析功能下又提供多 种扫描模式，如频率扫描、器件扫描、参数扫描、模型参数扫 描、温度扫描、蒙特卡罗扫描等等。 此外，ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真软件的仿真结果与实际非常接近，用户 图形界面友好，仿真直观，使用者容易掌握。 二、基于ＵＣ３８４２的反激电路仿真实例分析 反激变换器具有高可靠性、高效率、电路拓扑简洁、输入 输出电气隔离、升／降压范围宽、易于多路输出等优点，是小功 率开关电源的理想电路拓扑。ＵＣ３８４２是ＳＩＭｅｔｒｉｘ仿真工具模 型库自带的集成芯片，其外围器件少、性能良好、价格低廉。综 上所述，以ＵＣ３８４２控制的反激电源为仿真实例，电路简单且具 有代表性，满足初学者的基本学习要求，具体的仿真电路如图 １所示。
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软开关技术在开关电源中的应用
作者：陶永强 丁旭 王明强
来源：《中国科技博览》2014年第21期
[摘 要]软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。与传统PWM硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。
[关键词]软开关技术 谐振原理 电源
中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0384-01
引言
近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。如今，笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积，增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的开关噪声，从而已成为新的发展趋势。
1.软开关发展应时而生
以前的开关电源大多数采用脉宽调制技术（PWM），称为“硬开关”（HARDSWITCH）电源。硬开关和软开关是针对开关管（MOSFET）来讲的，硬开关是不管开关管（DS极或CE极）上的电压或电流，强行开或关开关管，当开关管上（DS极或CE极）电压及电流较大时开关管动作，由于开关管状态间的切换（由开到关，或由关到开）需要一定的时间，这会造成在开关管状态间切换的某一段时间内电压和电流会有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗称为开关管的切换损耗。软开关是指通过检测开关管电流或其他技术，做到当开关管两端电压或流过开关管电流为零时才导通或关断开关管，这样开关管就不会存在切换损耗。一般来说软开关的效率较高（因为没有切换损）；工作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以体积可以做的更小。但成本也相对较高，设计较复杂。
基于软开关技术的开关电源设计
简介
开关电源是一种用于电子设备中的高效能源转换系统，它将输入的电力转换成符合负载要求的电力，稳定可靠，广泛应用于各种电子设备中。软开关技术是一种改进传统硬开关技术的技术，它通过在开关管上加入合适的电容和电感元件来实现输出电压的平滑转换，并保证当电流不为零时开关管处于关断状态，从而减少能量损耗和EMI噪声。本文将介绍基于软开关技术的开关电源设计方法和注意事项。
软开关电源设计原理
软开关电源的基本结构框图如下：
+Vcc --+
|
R1
|
+--__|--+---o Vout
| D1 | |
+-----+ C1
| Q1
|__b__|
|
+-----+
| |
Primary o | | o Secondary
+----------o o------------------o Ground
其中，Q1为MOSFET开关管，D1为防反二极管，C1为输出电容，R1和L1为软开关电路中的元件，它们分别用于控制Q1的开关时间和输出电压的波形。
Q1开关时的过程可以分为四个主要状态：
1. Q1关断，D1导通，电感L1储存电荷；
2. Q1关断，D1截止，C1输出，电感L1储存能量；
直流开关电源的软开关技术及其新发展
摘 要：介绍了直流开关电源的软开关技术及其新发展, 提出了由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的新型软开关技术将成为新的发展趋势的结论。
关键词：谐振变换器;零开关变换器;零转换变换器;组合软开关技术
引言
近年来, 电力电子技术发展迅猛, 直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。如今, 笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性,减小体积和重量, 必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积, 增大了变换器的功率密度和性能价格比, 而且极大地提高了瞬时响应速度, 抑制了电源所产生的音频噪声, 从而已成为新的发展趋势。
然而功率变换器开关频率的进一步提高将受以下因素的限制: ①在通断瞬间切换过程中,
功率器件的开关应力。②开关损耗。③剧烈的d i/ d t 和d u/ d t 冲击及其产生的电磁干扰(EMI) 。
软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。 请登陆: 浏览更多信息
为此先后有人提出了谐振变换器( resonantconverter) , 准谐振变换器(quasi resonant
converter)和多谐振变换器(muti resonant converter) , 零开关PWM 变换器(zero switching
PWM converter) , 零转换PWM变换器(zero transition PWM converter) 及无源无损缓冲电路(passive lossless snubber circuit) 等多种软开关技术。
