準方波諧振仿真從簡化模型中受益

準方波諧振拓撲又稱為準諧振(QR)系統，因其具有許多優點而日益普及。如果用綜合性的瞬態Spice模型幫助設計電源，由於其包含的特性過多，其中如靜態電流、短路保護等對於初次評估計算值而言是毫無用處的，因此反而會使計算時間增加，反覆運作變得困難且冗長。本文將簡要地論述通用QR模型的基礎，其主要特點是執行速度。
儘管準諧振系統看似複雜，但它具有許多優點，如：
?通過使重啟電源開關與最小化MOSFET漏極上的電壓同步進行，實現零電壓開關(ZVS)，因而容性損耗減至極小。
?由於變頻器在不連續導電模式下工作，因而可通過檢測次級電流歸零，方便地實現同步整流。只需一個簡單的比較器來斷開起二極體作用的有源開關。
?寄生輻射小。因為其包絡不像實際剛性開關的波形那麼陡峭；而且，實現ZVS後，寄生輻射峰值出現在開關接通之後，開關接通時所有電容器幾乎都要放電。
?導通時間取決於輸入電壓，減小儲能電容可以方便地實現高頻顫動，從而使100Hz的波紋調製工作頻率。
回掃式QR系統要求檢測磁芯去磁以便正常工作。這就是說，導通時控制器將功率開關接通，並按Vin / Lp(Vin為整流後的儲能電壓，Lp為初級電感)以A/ms的速度對磁芯進行磁化。當峰值電流達到由負載/線路決定的值時，開關斷開，儲藏在初級電感中的所有能量傳到次級。現在初級電流以另一個速度減少，它不再受Vin的影響，而是受「回掃」電壓 [Vout+Vf] x N/Lp的限制，其中Vout是輸出電壓，Vf是次級整流管在給定峰值電流下的正向壓降，N為次級對初級的匝數比。圖1和圖2對於在一個開關周期內這些信號如何變化的問題作出了必要的說明。
總的來說，控制器需要在Ipeak時斷開開關，等到磁芯去磁後再次接通開關，開始另一個循環。反饋迴路的作用就是不斷地調整峰值電流，從而調整輸出電壓到給定線路/負載的要求值。
圖 3 是QR控制器典型的內部結構，從中我們可以看到不同的部分：
?用於檢測磁芯去磁的電路，通常通過監測由輔助繞組提供的電壓進行，該電壓公式。這一功能由一個比較器完成，我們在後文中會介紹。
?在電流模式下工作的QR控制器中應當有一個閂鎖電路。當達到峰值電流設定值時，開始去磁。
?快速電流比較器，當達到初級電平時對閂鎖電路復位。
控制器中最重要的部分是磁芯去磁檢測，它包含一個滯後比較器，如圖4所示。一個齊納二極體鎖定了輔助電平(通過一個串聯電阻限流)，同時也構成一個真正的集成電路，防止在導通期間在去磁引腳端出現大的負向擺動而造成危害。執行滯後比較器只需幾行Spice代碼即可：
IsSpice4:
.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT {VHIGH=12 VLOW=100m VHYS=50m}
B2 HYS NINV V = V(OUT) > {(VHIGH+VLOW)/2} ? {VHYS} : 0
B1 4 0 V = V(HYS,INV) > 0 ? {VHIGH} : {VLOW}
RO 4 OUT 100
CO OUT 0 100PF
.ENDS
PSpice:
.SUBCKT COMPARHYS NINV INV OUT params: VHIGH=12 VLOW=100m VHYS=50m
EB2 HYS NINV Value = { IF ( V(OUT) > {(VHIGH+VLOW)/2}, {VHYS}, 0 ) }
EB1 4 0 Value = {IF ( V(HYS,INV) > 0, {VHIGH}, {VLOW} ) }
RO 4 OUT 100
CO OUT 0 100PF
.ENDS
一旦所有塊組合在一起就創建出符號表示系統，從而得到最終的應用電路(圖5)。雙繞組變壓器和簡化的反饋系統進一步簡化了仿真器的工作。可以使用MOSFET電晶體，但還可以用一個簡化的開關構成一個更簡單的應用電路。一個簡單的RC網絡——R6-C6可引入必要的延時，用於在漏-源波形的最低點重新啟動開關，也稱為「谷點開關」運行。
由於模型的簡化，電路可以在不到20秒的時間內模擬1GHz計算機中2ms的瞬態運行。同樣的電路，但使用實際QR模型，如NCP1205，需要70秒，時間是簡化模型的3.5倍以上。因此負載的瞬態響應和迭代工作也可方便地進行，而不需花費設計人員很多時間。完整的模型有INTUSOFT版本和OrCAD版本(完全立即可用的模板)，並可以從網站下載：http://perso.wanadoo.fr/cbasso/Spice.htm。請注意，子電路FreeRunDT具有最小的Toff(它鎖定了最大的開關頻率，同時也消除了漏感的寄生振鈴)，而另一個子電路FreeRunNDT不具有最小Toff發電機的特點。

圖1 典型的回掃漏-源波形

圖2 DCM中初級電流上升並下降至零

圖3 電路通過一個電壓檢測去磁並重新啟動電源開關開始另一循環

圖4 滯後比較器可清除瞬變期間寄生振蕩的影響

圖5 無需向此簡化模型提供Vcc電平