電力電子課程設(shè)計單端反激式輸出開關(guān)電源設(shè)計.doc

電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告 單端反激式單路輸出開關(guān)電源一、 設(shè)計任務(wù)及要求本課程設(shè)計要求根據(jù)所提供的元器件設(shè)計并制作一個小功率的單端反激式開關(guān)電源。我們設(shè)計的反激式開關(guān)電源的輸入是180V，輸出是10V。要求畫出必要的設(shè)計電路圖，進(jìn)行必要的電路參數(shù)計算，完成電路的焊接任務(wù)，并具有1A的帶負(fù)載能力以及過流保護功能。二、 設(shè)計原理及思路1、反激變換器工作原理假設(shè)變壓器和其他元器件均為理想元器件，穩(wěn)態(tài)工作下：（1）當(dāng)有源開關(guān)Q導(dǎo)通時，變壓器原邊電流增加，會產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，從而在副邊產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動勢，無源開關(guān)VD1因反偏而截止，輸出由電容C向負(fù)載提供能量，而原邊則從電源吸收電能，儲存于磁路中。（2）當(dāng)有源開關(guān)Q截止時，由于變壓器磁路中的磁通不能突變，所以在原邊會感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電動勢，而在副邊會感應(yīng)出上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，故VD1正偏而導(dǎo)通，此時磁路中的存儲的能量轉(zhuǎn)到副邊，并經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時補充濾波電容C在前一階段所損失的能量。輸出濾波電容除了在開關(guān)Q導(dǎo)通時給負(fù)載提供能量外，還用來限制輸出電壓上的開關(guān)頻率紋波分量，使之遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)的直流輸出電壓。圖 1 反激變換器的原理圖反激變換器的工作過程大致可以看做是原邊儲能和副邊放電兩個階段。原邊電流和副邊電流在這兩個階段中分別起到勵磁電流的作用。如果在下一次Q導(dǎo)通之前，副邊已將磁路的儲能放光，即副邊電流變?yōu)榱?，則稱變換器運行于斷續(xù)電流模式（DCM），反之，則在副邊還沒有將磁路的儲能放光，即在副邊電流沒有變?yōu)榱阒?，Q又導(dǎo)通，則稱變換器運行于連續(xù)電流模式（CCM）。通常反激變換器多設(shè)計為斷續(xù)電流模式（DCM）下。2、 反激變換器的結(jié)構(gòu)框圖功率變壓器輸入整流和濾波整流和濾波 Ug Uo交流輸入 輸出吸收電路控制器啟動供電電路 反饋網(wǎng)絡(luò)功率開關(guān)控制器 3、 反激變換器的吸收電路實際反激變換器會有各種寄生參數(shù)的存在，如變壓器的漏感，開關(guān)管的源漏極電容。所以基本反激變換器在實際應(yīng)用中是不能可靠工作的，其原因是變壓器漏感在開關(guān)Q截止時，沒有滿意的去磁回路。為了讓反激變換器的工作變得可靠，就得外加一個漏感的去磁電路，但因漏感的能量一般很小，所以習(xí)慣上將這種去磁電路稱為吸收電路，目的是將開關(guān)Q的電壓鉗位到合理的數(shù)值。在220V AC輸入的小功率開關(guān)電源中，常用的吸收電路主要有RCD吸收電路和三繞組吸收電路。 圖2 吸收電路 4、單端反激式變換器變壓器的設(shè)計思路 在本次課程設(shè)計中提供的變壓器的鐵芯是EE28鐵氧體鐵芯，其在25攝氏度的磁導(dǎo)率為：，鐵芯的初始磁導(dǎo)率為：。 變壓器選擇的相關(guān)參數(shù)包括：原副邊匝數(shù)比、原邊匝數(shù)、副邊匝數(shù)和氣隙，本次試驗中用到的變壓器的繞組的漆包線已經(jīng)給定，無需選擇。 （1）原副邊匝數(shù)比及其匝數(shù)的確定： 需要的直流輸出電壓為10V，由器件本身的參數(shù)可以知道其耐壓： 如果考慮到漏感引起的的電壓尖峰，開關(guān)管兩端承受的關(guān)斷電壓為： 一般來說開關(guān)管的耐壓需要在這個基礎(chǔ)之上留下至少30%的裕量。 假設(shè)開關(guān)管的耐壓極限為：， 為了保證電路工作于DCM模式，磁路儲能和放電總時間應(yīng)該控制在0.8T以內(nèi)，所以, （2）原副邊匝數(shù)的計算： 磁芯的有效磁導(dǎo)面積，原邊的匝數(shù)應(yīng)該保證在最大占空比是磁路仍不飽和，電壓沖量等于磁鏈的變化量，故： 通常原邊的匝數(shù)取到這個計算之的兩倍，副邊匝數(shù)根據(jù)變比可以求出。 （3）氣隙長度的計算 假設(shè)變壓器的輸出功率為，效率為，有以下關(guān)系成立： 所以可以得到： 其中有以下關(guān)系； 則原邊的峰值電流為：， 其中，為電感系數(shù)，為磁阻，氣隙的長度為： 5、控制系統(tǒng)的設(shè)計 （1）振蕩器：振蕩器的頻率有定時元件，決定，f選90*2=180KHZ。 （2）電壓誤差放大器：在本次實習(xí)中在輸入與輸出的隔離開關(guān)電源中，為了減小誤差，通常采用外置電壓環(huán)，即將U3845的內(nèi)部誤差放大器旁路掉。 （3）電流比較器:電流比較器的門檻值有誤差放大器的輸出給定，當(dāng)電壓誤差放大器顯示輸出電壓太低時，電流的門檻值就增大，使輸出到負(fù)載的能量增加，反之也一樣。整個控制部分的原理圖如下所示；圖3 控制部分原理圖 （4）UC3845 UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專為低壓應(yīng)用設(shè)計。其欠壓鎖定門限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達(dá)500千赫輸出開關(guān)頻率；在反激式應(yīng)用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時間從50%70%可調(diào)；自動前饋補償；鎖存脈寬調(diào)制，用于逐周期限流；內(nèi)部微調(diào)的參考源；帶欠壓鎖定；大電流圖騰柱輸出；輸入欠壓鎖定，帶滯后；啟動及工作電流低。芯片管腳圖及管腳功能如圖6所示：圖4 UC3845芯片管腳圖 （5）TL431TL431是一個良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）、參考端（REF）。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點，所以可以用來制作多種穩(wěn)壓器件。其具體功能可用圖7的功能模塊示意。由圖可看出，是一個內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運放的反相輸入端。由運放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管，電流將從1到100mA變化。圖5 TL431的功能模塊示意圖 （6）PC817 PC817是一個比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。 在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時PC817光電耦合器不但可起到反饋作用還可以起到隔離作用。圖6 PC817內(nèi)部框圖三、系統(tǒng)總體電路圖圖7 單端反激雙路輸出總體設(shè)計原理圖4、 參數(shù)的計算與器件選擇（1）匝數(shù)比計算： 當(dāng)輸入180V，輸出10V時，經(jīng)過整流橋整流以后=1.2*180=216V， 由于變比的取值要小于計算值，于是變壓器的變比取到K=6，下面計算最大占空比：= 取頻率為90KHz，S 由得到： 實際取到的原邊的匝數(shù)為，由原邊匝數(shù)及其變壓器的變比得到10V副邊繞組的匝數(shù)為匝。（2）原邊電感及其氣隙長度的計算： 由， = （3）輔助繞組的計算 輔助繞組的計算和副邊繞組的計算方法一樣，只不過。（4）電流檢測參數(shù)計算 電流檢測電阻，所以取。（5）電壓反饋控制參數(shù)計算 ， 所以： ，于是根據(jù)已有的元件取到。 所以： ，實際取。 。 5、 分析總結(jié)這次實習(xí)確實讓人收獲很多。不論是剛開始的研究指導(dǎo)書，還是電腦上的仿真，再者焊接調(diào)試電路，都讓人感到充實。這一次的實習(xí)，收獲是方方面面的。我們的焊接技術(shù)得到了提高，對于電力電子技術(shù)有了更深的了解。不過，對于這樣的電路，調(diào)試成功，有時也靠運氣。但是歸根到底，還是水平問題。倘若焊接水平高，布線巧妙，在不知不覺中就已經(jīng)避免了許多的故障；對電路研究的深，選擇器件合理得當(dāng)，就能用最少的損失得到最好的效果。這一次的成功，也離不開良好的合作。組員的相互理解，相互幫助，相互探討，都使得整個進(jìn)度比單個人的時候快得多。向其他組取經(jīng)，向?qū)W長請教，相互交流，都使我獲得了不同的、課本內(nèi)容之外的見解，這是最讓人高興的。在這次實習(xí)中，我們切實地體會到了對知識的掌握程度的成長，這比什么都讓人高興。六、對削弱輸入電流諧波電路的思考由于一些原因，對削弱輸入電流諧波電路的設(shè)計最終只是停留在仿真階