PCB平面变压器设计的正激开关电源基于CST的时域电路仿真

CST电磁兼容性仿真

5月前浏览543

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前言

最近小编写了一系列关于PCB平面变压器设计基于CST仿真的文章和理论知识。所用的都是PCB低频工作室。今天我们用到微波工作室，本文以 开关频率为300kHz的正激开关电源为例，详解如何用 CST 完成从 PCB 平面变压器建模到整机电路仿真的全流程。

本次仿真聚焦 300kHz 正激开关电源，核心是验证 PCB 平面变压器在高频下的性能。相较于传统磁芯变压器，PCB 平面变压器通过多层 PCB 绕组与扁平磁芯组合，能有效降低高频损耗，更适配 300kHz 的开关频率需求。

一，仿真建模

1.正激电源3D建模

首先，在 CST 中构建正激开关电源的 3D 模型至关重要。这一步需要精确描绘PCB平面变压器、电容、电感、开关管等各个元件的形状、尺寸及相对位置。如图

通过细致的 3D 建模，能更准确地模拟电磁场分布及元件间的电磁耦合，为后续仿真奠定基础。

2.DS工作室建模

参考电路图如下

进入 CST 的 DS 工作室，着手搭建正激开关电源电路。

在这里，要根据正激开关电源的工作原理，正确设置每个元件的参数，如电容的容值、电感的感值、开关管的导通与关断时间等。确保电路搭建准确无误，才能得到可靠的仿真结果。

二，仿真结果

设计参数可以翻我之前的系列文章里面有写过。

1.输出电压和输出电流

设计的输出电压是5V，输出电流是10A

输出电压

从结果看，输出电压是5.12V，误差2.4%

输出电流

从结果看，输出电流10.37A，误差3.7%，峰峰值是0.315A，3.15%

 

2.原副边RMS电流结果分析  

 

经过仿真运行，我们得到了正激开关电源原副边的rms电流数据。原边 rms 电流反映了从输入电源吸取的有效电流大小，它与开关管的导通损耗、变压器原边绕组的铜损密切相关。副边 rms 电流则决定了负载端获得的有效电流，直接影响电源的输出功率。通过对这些 rms 电流的分析，我们可以评估电源的效率及带载能力。
 

之前我的的理论计算RMS电流值分别是原边Ip=3.451A，副边Is=6.7A  

 

 

   

通过测量并方波信号的RMS值计算公式计算得：    

原边电流RMS为    

   

副边电流RMS值为    

   

3.变压器效率    

   

变压器的效率计算得：    

   

   

 

本文总结

通过使用 CST 对 300kHz 正激开关电源电路进行仿真，我们从 3D 建模、DS电路搭建、到关键电流参数的获取与解读，全面深入地了解了正激开关电源的工作特性。这不仅有助于我们优化电源设计，提高电源性能，还为解决实际工程中的电源问题提供了有力的工具和方法。希望本文能为从事电源设计及相关领域的读者带来启发与帮助。

来源：CST电磁兼容性仿真