基于PSpice的开关电源设计与仿真

目录摘要 [10]图3—6PWM控制电路和采样稳压电路第四章反激式开关电源的PSPICE仿真分析4.1PSPICE仿真软件的介绍PSPICE是由早期的SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)发展和拓展而来的，可用于电路设计的一款功能齐全的仿真软件。可以进行直流工作点分析、瞬态分析，交流小信号分析等。在实际应用中由于Pspice仿真软件仿真结果与实际电路的结果相差不大，所以在做实际电路初期可以用Pspice软件进行仿真，减小开发周期。Pspice主要优点：（1）仿真模型库里面的器件，具有3万多个器件模型，对于没有模型的器件很多厂商都会在官网发布器件的Pspice仿真模型，这样只要添加模型到库文件就可以调用器件。缩短了因为自己建模而延长的开发周期。（2）可以以文本建模或者在交互窗口中以原理图的输入形式，进行模拟或数字分析，具有模拟和数字混合仿真功能，这是大多数市面上别的仿真软件不具备的功能。（3）Pspice具有强大的模拟功能和系统分析功能。工程师可以使用传递函数框图的方法进行时域分析，也可以通过系统分析从不同的角度对设计的电路进行优化设计。REF_Ref39007400\r\h[11]4.2反激式开关电源Pspice仿真设计根据第三章的分析，在实际仿真电路图中并没有出现抗干扰滤波电路，因为仿真是在元件理想情况下进行，加入抗干扰滤波电路反而造成仿真时间加长和仿真时参数不收敛。但在真正利用仿真电路图设计PCB或者焊接电路的时候一定要加入抗干扰滤波电路。对于UC3842的供电，在实际仿真时没有选择辅助绕组为其供电，因为电路输入220V交流电在仿真开始的0~3ms内，经过整流的电压没有达到310V，这造成了辅助绕组的输出电压并没有达到芯片工作的最低电压，从而使芯片UC3842欠压锁定，没有PWM波输出，这样辅助绕组就会一直没有电压造成恶性循环。但是在实际电路中不会出现这样的情况。基于这种考虑在仿真时选择了19.5V的直流电压源为芯片供电。仿真电路如图4—1。图4—1反激式开关电源Pspice仿真电路图4.3Pspice仿真结果分析在Pspice中执行瞬态仿真分析，设置仿真的时间段，查看各个节点的电压和电流，如下图4—2为控制芯片UC3842第六脚推挽输出端、初级线圈的电压波形和输入电压。图4—2输出满载时的PWM波和开关管漏极波形图4—2中，红色为输出的PWM波，绿色为开关管漏极的波形，蓝色为输入电压，输出的波形结果与理论分析一致。在图4—2中加入钳位二极管阴极电压，并放大开关管漏极波形，分析钳位电路。波形如图4—3。图4—3钳位电路波形分析图中绿色为开关管漏极波形，蓝色为输入电压，红色为钳位二极管阴极波形。在输入电压310V时，从图中坐标计算得：钳位电压为405-310V,即95V。尖峰电压为444V，则二极管过脉冲幅度为444-405V，即39V。这与第三章设计输入电压为360V时，钳位电压理论值130V，二极管过脉冲幅度理论值20V，有不少的出入，但由于仿真和实际应用中输入电压在310V，所以钳位电路符合理论要求。图4—4满载时输出电流，输出电压和功率的波形图查看在满载情况下输出电压，输出电流和功率的波形，并测量相关数据，如图4—4所示，图中绿色波形为负载电阻R4上的电流，红色为电压。将图中表格整理如下表4—1设计指标实际最大值实际最小值纹波电压19.5V19.47591V19.45515V 44mV电流5A4.99382A4.98850A11.5mA功率97.5W97.25924W97.05201W表4—1设计指标与仿真结果分析从表中分析可知，在满载情况下输出电压的纹波，电流值符合指标并满足设计要求。本文设计的反激开关电源工作在CCM模式下，如下图4—5中添加了满载时初级绕组电流，次级绕组电流和开关管漏极电流，为便于分析在下面添加了PWM波形。图4—5CCM模式下满载时初级线圈次级线圈电流波形图中绿色为次级线圈主输出整流二极管（D7）阳极波形可以很明显的看出工作在CCM模式，即开关管下次开通时次级线圈中电流并未下降到零。黄色为初级线圈中电流波形。蓝色为开关管漏极波形。由以上Pspice仿真软件得到的波形和数据结果分析可知，本文以笔记本电脑充电电源为背景设计的反激开关电源是正确的，输出的各个参数达到了设计指标。参考文献禹旺兵,邹孝,刘万新.反激式开关稳压电源实验教学案例设计[J].电子制作,2019(15):87-89+68汪志成.反激式开关电源分析与Pspice建模仿真[D].东南大学:2018:22-24[美]普利斯曼,比利斯,莫瑞著.开关电源设计第三版[M](王志强等译).北京:电子工业出版社,2010.75-76.孟建辉,刘文生.反激式变换器DCM与CCM模式的分析与比较[J].通信电源技术,2010,27(06):33-35+38.代兴华,郑丽婷,赵瑞杰,田素立,王海明.反激变换器中吸收电路的设计[J].电子设计工程,2016,24(03):118-120.王兆安，刘进军主编.电力电子技术第五版[M],北京:机械工业出版社，2009.91-93[美]马尼克塔拉著.精通开关电源设计第二版[M](王健强等译).北京:人民邮电出版社,2015,202-205.王超硕.变压器智能组件供电开关电源的电磁干扰及抑制措施研究[D].华北电力大学,2019.25-26[法]巴索(Basso,C.P.)著.开关电源仿真与设计第二版(吕章德译).北京:电子工业出版社,2015.5,550-552.朱彩莲,熊丽萍,魏海红.基于UC3842反激式AC-DC开关电源设计[J].电子设计工程,2017,25(24):148-151+156.杨光.电源仿真技术及其在CCD相机电源设计中的应用研究[D].昆明理工大学,2015.致谢我首先要感谢我的论文指导老师，电子信息与电气工程学院的xxx老师，缑老师在在我论文撰写过程中，对我遇到的困难和疑惑做了细致入微的解答，提出了很多有益的意见，这使我的论文能够顺利完成。其次还要感谢电气工程及其自动化专业的授课老师和所有同学们，提供了我很多帮助，为我理论知识的欠缺补足了短板。清凉的春风治愈这每个人，在这2020年不平凡的一年，我也迎来了大学毕业，回想起在xxxx学院的大学四年里，我为学而不精的高数而努力学习，在实验室跟小伙伴密切合作，学习实践操作的背后收获的不只是知识还有友谊，还有开心或者难过的时候跟我的室友一起爬南山，这都是我在大学四年美好的回忆。最后再次感谢缑老师，在他教授我们专业课《电力电子技术》的时候，我便对开关电源产生了极大地兴趣，通过授课给我提供了很多关于开关电源的理论知识，所以选择了毕设为这个题目。并在你的细心指导和答疑下完成了论文。

电脑不启动故障诊治了解电脑启动的过程在诸多电脑故障中，无法正常启动是最令用户头痛的事了。笔者长期从事维护电脑的工作，在这个方面积累了一些经验，现在就将这些经验整理归纳出来与朋友们分享。本文将以家用电脑和windows98操作系统为基础，介绍电脑无法正常启动故障的诊治。要想准确地诊断电脑不启动故障，首先要了解的起动过程，当我们按下电源开关时，电源就开始向主板和其它设备供电，此时电压还没有完全稳定，主板控制芯片组会根据CMOS中的CPU主频设置向CPU发出一个Reset(重置)信号，让CPU初始化，电压完全稳定后，芯片组会撤去Reset信号，CPU马上从地址FFFF0H处执行一条跳转指令，跳到系统BIOS中真正的启动代码处。系统BIOS首先要做的事情就是进行POST(PowerOnSelfTest，加电自检)。POST的主要任务是检测系统中的一些关键设备(电源、CPU芯片、BIOS芯片、定时器芯片、数据收发逻辑电路、DMA控制器、中断控制器以及基本的64K内存和内存刷新电路等)是否存在和能否正常工作，如内存和显卡等。自检通过后，系统BIOS将查找显示卡的BIOS，由显卡BIOS来完成显示卡的初始化，显示器开始有显示，自此，系统就具备了最基本的运行条件，可以对主板上的其它部分进行诊断和测试，再发现故障时，屏幕上会有提示，但一般不死机，接着系统BIOS将检测CPU的类型和工作频率，然后开始测试主机所有的内存容量，内存测试通过之后，系统BIOS将开始检测系统中安装的一些标准硬件设备，这些设备包括：硬盘、CD－ROM、软驱、串行接口和并行接口等连接的设备，大多数新版本的系统BIOS在这一过程中还要自动检测和设置内存的相关参数、硬盘参数和访问模式等。标准设备检测完毕后，系统BIOS内部的支持即插即用的代码将开始检测和配置系统中已安装的即插即用设备。每找到一个设备之后，系统BIOS都会在屏幕上显示出设备的名称和型号等信息，同时为该设备分配中断、DMA通道和I/O端口等资源。最后系统BIOS将更新ESCD(ExtendedSystemConfigurationData，扩展系统配置数据)。ESCD数据更新完毕后，系统BIOS的启动代码将进行它的最后一项工作，即根据用户指定的启动顺序从软盘、硬盘或光驱启动。以从C盘启动为例，系统BIOS将读取并执行硬盘上的主引导记录，主引导记录接着从分区表中找到第一个活动分区，然后读取并执行这个活动分区的分区引导记录，而分区引导记录将负责读取并执行IO.SYS，这是Windows最基本的系统文件。IO.SYS首先要初始化一些重要的系统数据，然后就显示出我们熟悉的蓝天白云，在这幅画面之下，Windows将继续进行DOS部分和GUI(图形用户界面)部分的引导和初始化工作，一切顺利结束，电脑正常启动。根据故障现象诊治了解电脑启动的过程，故障就好判断了，下面我们就根据故障现象开始诊治了：现象一：系统完全不能启动，见不到电源指示灯亮，也听不到冷却风扇的声音。这时，基本可以认定是电源部分故障，检查：电源线和插座是否有电、主板电源插头是否连好，UPS是否正常供电，再确认电源是否有故障，最简单的就是替换法，但一般用户家中不可能备有电源等备件，这时可以尝试使用下面的方法（注意：要慎重）：先把硬盘，CPU风扇，或者CDROM连好，然后把ATX主板电源插头用一根导线连接两个插脚（把插头的一侧突起对着自己，上层插脚从左数第4个和下层插脚从右数第3个，方向一定要正确），然后把ATX电源的开关打开，如果电源风扇转动，说明电源正常，否则电源损坏。如果电源没问题直接短接主板上电源开关的跳线，如果正常，说明机箱面板的电源开关损坏。现象二：电源批示灯亮，风扇转，但没有明显的系统动作。这种情况如果出现在新组装电脑上应该首先检查CPU是否插牢或更换CPU，而正在使用的电脑的CPU损坏的情况比较少见（人为损坏除外），损坏时一般多带有焦糊味，如果刚刚升级了BIOS或者遭遇了CIH病毒攻击，这要考虑BIOS损坏问题（BIOS莫名其妙的损坏也是有的），修复BIOS的方法很多杂志都介绍过就不重复了；确认CPU和BIOS没问题后，就要考虑CMOS设置问题，如果CPU主频设置不正确也会出现这种故障，解决方法就是将CMOS信息清除，既要将CMOS放电，一般主板上都有一个CMOS放电的跳线，如果找不到这个跳线可以将CMOS电池取下来，放电时间不要低于5分钟，然后将跳线恢复原状或重新安装好电池即可；如果CPU、BIOS和CMOS都没问题还要考虑电源问题：PC机电源有一个特殊的输出信号，称为POWERGOOD（PG）信号，如果PG信号的低电平持续时间不够或没有低电平时间，PC机将无法启动。如果PG信号一直为低电平，则PC机系统始终处于复位状态。这时PC机也出现黑屏、无声响等死机现象。但这需要专业的维修工具外加一些维修经验，因此，建议采用替换法；电源没有问题就要检查是否有短路，确保主板表面不和金属（特别是机箱的安装固定点）接触。把主板和电源拿出机箱，放在绝缘体表面，如果能启动，说明主板有短路现象；如果还是不能启动则要考虑主板问题，主板故障较为复杂，可以使用替换法确认，然后更换主板。现象三：电源指示灯亮，系统能启动，但系统在初始化时停住了，而且可以听到嗽叭的鸣叫声（没有视频）：根据峰鸣代码可以判断出故障的部位。ccid_page/AwardBIOS1短声：说明系统正常启动。表明机器没有问题。2短声：说明CMOS设置错误，重新设置不正确选项。1长1短：说明内存或主板出错，换一个内存条试试。1长2短：说明显示器或显示卡存在错误。检查显卡和显示器插头等部位是否接触良好或用替换法确定显卡和显示器是否损坏。1长3短：说明键盘控制器错误，应检查主板。1长9短：说明主板FlashRAM、EPROM错误或BIOS损坏，更换FlashRAM。重复短响：说明主板电源有问题。不间断的长声：说明系统检测到内存条有问题，重新安装内存条或更换新内存条重试。AMIBIOS1短：说明内存刷新失败。更换内存条。2短：说明内存ECC较验错误。在CMOS中将内存ECC校验的选项设为Disabled或更换内存。3短：说明系统基本内存检查失败。换内存。4短：说明系统时钟出错。更换芯片或CMOS电池。5短：说明CPU出现错误。检查CPU是否插好。6短：说明键盘控制器错误。应检查主板。7短：说明系统实模式错误，不能切换到保护模式。8短：说明显示内存错误。显示内存有问题，更换显卡试试。9短：说明BIOS芯片检验和错误。1长3短：说明内存错误。内存损坏，更换。1长8短：说明显示测试错误。显示器数据线没插好或显示卡没插牢。现象四：系统能启动，有视频，出现故障提示，这时可以根据提示来判断故障部位。下面就是一些常见的故障提示的判断：一、提示“CMOSBatteryStateLow”原因：CMOS参数丢失，有时可以启动，使用一段时间后死机，这种现象大多是CMOS供电不足引起的。对于不同的CMOS供电方式，采取不同的措施：1.焊接式电池：用电烙铁重新焊上一颗新电池即可；2.钮扣式电池：直接更换；3.芯片式：更换此芯片，最好采用相同型号芯片替换。如果更换电池后时间不长又出现同样现象的话，很可能是主板漏电，可检查主板上的二极管或电容是否损坏，也可以跳线使用外接电池，不过这些都需要有一定的硬件维修基础才能完成。二、提示“CMOSChecksumFailure”CMOS中的BIOS检验和读出错；提示“CMOSSystemOptionNotSet”，CMOS系统未设置；提示“CMOSDisplayTypeMismatch”，CMOS中显示类型的设置与实测不一致；提示“CMOSMemorySizeMismatch”，主板上的主存储器与CMOS中设置的不一样；提示“CMOSTime&DateNotSet”，CMOS中的时间和日期没有设置。这些都需要对CMOS重新设置。三、提示“KeyboardInterfaceError”后死机原因：主板上键盘接口不能使用，拔下键盘，重新插入后又能正常启动系统，使用一段时间后键盘无反应，这种现象主要是多次拔插键盘引起主板键盘接口松动，拆下主板用电烙铁重新焊接好即可；也可能是带电拔插键盘，引起主板上一个保险电阻断了（在主板上标记为Fn的东西），换上一个1欧姆／0.5瓦的电阻即可。四、自检过程中断在xxxKCache处这表示主板上Cache损坏，可以在CMOS设置中将“ExternalCache”项设为“Disable”故障即可排除。同理，在自检主板部件时出现中断，则可以认为该部件损坏，解决方法一般可以在CMOS中将其屏蔽，如果不能屏蔽该部件最好更换主板。五、提示“FDDControllerFailure”BIOS不能与软盘驱动器交换信息；提示“HDDControllerFailure”，BIOS不能与硬盘驱动器交换信息。应检查FDD（HDD）控制卡及电缆。六、提示“8042GateA20Error”8042芯片坏；提示“DMAError”，DMA控制器坏。这种故障需要更换。七、提示“DisplaySwitchNotProper”主板上的显示模式跳线设置错误，重新跳线。八、提示“KeyboardisLock...Unlockit”键盘被锁住，打开锁后重新引导系统。九、IDE接口设备检测信息为：“DetectingPrimary（或Secondary）Master（或Slave）...None”表示该IDE接口都没有找到硬盘，如果该IDE口确实接有硬盘的话，则说明硬盘没接上或硬盘有故障，可以从以下几方面检查：1、硬盘电源线和数据线是否接触不良，或换一根线试试；2、CMOS设置有无错误，进入CMOS将“PrimaryMaster”、“PrimarySlave”、“SecondaryMaster”三项的的“TYPE”都设置成“Auto”；3、替换法确认硬盘本身有故障。十、IDE接口设备检测信息下面显示“Floppydisk(s)fail(40)”出错信息表示CMOS所指定的软盘驱动器有问题。判断和解决的方法与硬盘相似。现象五：系统不能引导。这种故障一般都不是严重问题，只是系统在找到的用于引导的驱动器中找不到引导文件，比如：BIOS的引导驱动器设置中将软驱排在了硬盘驱动的前面，而软驱中又放有没有引导系统的软盘或者BIOS的引导驱动器设置中将光驱排在了硬盘驱动的前面，而光驱中又放有没有引导系统的光盘，这个都很简单，将光盘或软盘取出就可以了，实际应用中遇到“DiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”的提示，多数都是这个原因。如果是硬盘不能引导的话一般有两种情况：一种是硬盘数据线没有插好，另一种就是硬盘数据损坏。前者一般多会出现硬盘容量检测不正确和引导时出现死机的现象；后者则是干脆找不到引导文件或提示文件损坏。前者只需重新连接好数据线即可；后者则需要用win98的启动软盘或启动光盘启动，根据实际情况来定：一、提示“Invalidpartitiontable”或“NotFoundany[activepartition]inHDDDiskBootFailure，InsertSystemDiskAndPressEnter”，这说明找不到硬盘活动分区，需要对硬盘重新分区。二、提示“Missoperationsyste”，说明硬盘活动分区需要重新格式化（formatc:/s）。三、提示“InvalidsystemdiskReplacethedisk，andthenpressanykey”或显示“StartingWindows98…”时出现死机，说明硬盘上的系统文件丢失了或损坏，使用“sysc:”，命令传递系统文件给c盘，再将C拷贝给c盘。现象六：硬盘可以引导，但Windows不能正常启动，也不能进入安全模式。这种情况表明Windows98出现了严重的错误，首先，用杀毒软件查杀病毒，看是不是病毒造成的，如果没有发现病毒可以用以下方法试一试。一、直接将接口卡与各个外设都拨去，再插回去，并调整接口卡上的设置（如果可以的话）来检查是否是硬件冲突造成，开机看看是否可正常进入Windows。二、检查CMOS中的设置是否有不正确的地方，若不清楚，可选择LoadBiosDefault项目，然后重开机，开机看是否可正常进入Windows。三、在启动时按下F8键，一般会出现6个选项（如果安装了DOS6.22则出现7个选项）选择第4项“step－by－stepconfirmation”进入单步运行方式，按照出现死机的命令选择处理方法：1、执行“Processthesystemregistry”计算机就死机，说明是注册表故障，那么可以重新启动按F8键，选第4项后，只在Device=c:\windows\himem.sys这一项上按“Y”，其余的按“N”后，在DOS提示符下输入Scanreg／fix修复注册表或者是scanreg／restore恢复到以前系统自动备份的注册表后，再重新启动即可。2、在出现“Createastartuplogfile(BOOTTLOG.TXT)[Enter=Y，Esc=N]”时，选择Y建立Bootlog.txt这个文件，可以检查启动过程中各个系统文件装载的情况。如果在装载某一个.vxd文件时死机，可以到其它计算机上复制该.vxd文件拷贝过来。3、如果是一启动就出现“现在可以安全地关闭计算机了”，一般是因为Windows的System目录的vmm32.vxd被损坏，可以到其它计算机上重新复制一个过来。4、一启动就出现蓝屏并显示“VFATDevcieInitializationFaild”，表示调用Windows目录下的dblbuff.sys和ifshlp.sys文件出了问题，可以在config.sys文件中手工加入如：“device=c:\windows\dblbuff.sys”和“devicehigh=c:\windows\ifshlp.sys”，如果还是不行，则表明这两个文件己损坏，可以到其他计算机上新复制过来一份。四、使用文本编辑程序将Msdos.sys文件中的LOGO参数设置为“0”，关闭后再开机时，看看是否可进入Windows，若还是不行，则只能重新安装Windows系统了。在重装Windows时，建议先采用覆盖原来的Windows的方法，这样做的好处是：如果故障能够排除，原来的许多应用程序就不用再安装了；如果覆盖式安装不能解决问题，再采用硬盘格式化之后安装Windows的方法。现象七：Windows无法启动，但能进入安全模式。这种故障一般问题不大，修复的几率较高。具体可以参照下面的几种方法去做：一、在安装新设备后不能正常启动，进入安全模式后，在“控制面板”－－“系统”中选择“设备管理器”选项卡，在列出的所有设备中查找前有一个感叹号冲突的设备，如果有的话，打开这个设备的“属性”，查看“资源”选项卡，看看这个设备与其它设备的中断冲突，然后取消“自动设置”复选框，单击“更改设置”按钮，选择一个没有使用的中断号即可。如果还不行，则可以在设备属性中选择“常规”选项卡，选中“在此硬件配置文件中禁用”复选框，如果能正常启动成功，证明这个硬件的驱动程序可能有问题，可以在设备