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

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 單端反激式單路輸出開關(guān)電源一、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本課程設(shè)計(jì)要求根據(jù)所提供的元器件設(shè)計(jì)并制作一個(gè)小功率的單端反激式開關(guān)電源。我們?cè)O(shè)計(jì)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(jì)電路圖，進(jìn)行必要的電路參數(shù)計(jì)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(hù)功能。二、 設(shè)計(jì)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(shí)，變壓器原邊電流增加，會(huì)產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而在副邊產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(chǔ)存于磁路中。（2）當(dāng)有源開關(guān)Q截止時(shí)，由于變壓器磁路中的磁通不能突變，所以在原邊會(huì)感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而在副邊會(huì)感應(yīng)出上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故VD1正偏而導(dǎo)通，此時(shí)磁路中的存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)到副邊，并經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時(shí)補(bǔ)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(shí)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(chǔ)能和副邊放電兩個(gè)階段。原邊電流和副邊電流在這兩個(gè)階段中分別起到勵(lì)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(chǔ)能放光，即副邊電流變?yōu)榱?，則稱變換器運(yùn)行于斷續(xù)電流模式（DCM），反之，則在副邊還沒有將磁路的儲(chǔ)能放光，即在副邊電流沒有變?yōu)榱阒埃琎又導(dǎo)通，則稱變換器運(yùn)行于連續(xù)電流模式（CCM）。通常反激變換器多設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)際反激變換器會(huì)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(shí)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(shí)，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(gè)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(jì)思路 在本次課程設(shè)計(jì)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(yàn)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(gè)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(chǔ)能和放電總時(shí)間應(yīng)該控制在0.8T以內(nèi)，所以, （2）原副邊匝數(shù)的計(jì)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(gè)計(jì)算之的兩倍，副邊匝數(shù)根據(jù)變比可以求出。 （3）氣隙長(zhǎng)度的計(jì)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(zhǎng)度為： 5、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （1）振蕩器：振蕩器的頻率有定時(shí)元件，決定，f選90*2=180KHZ。 （2）電壓誤差放大器：在本次實(shí)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(shí)，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(gè)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(jì)。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(shí)間從50%70%可調(diào)；自動(dòng)前饋補(bǔ)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(dòng)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(gè)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(yáng)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(diǎn)，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(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)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(gè)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(yáng)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(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時(shí)PC817光電耦合器不但可起到反饋?zhàn)饔眠€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(jì)原理圖4、 參數(shù)的計(jì)算與器件選擇（1）匝數(shù)比計(jì)算： 當(dāng)輸入180V，輸出10V時(shí)，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(jì)算值，于是變壓器的變比取到K=6，下面計(jì)算最大占空比：= 取頻率為90KHz，S 由得到： 實(shí)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(zhǎng)度的計(jì)算： 由， = （3）輔助繞組的計(jì)算 輔助繞組的計(jì)算和副邊繞組的計(jì)算方法一樣，只不過。（4）電流檢測(cè)參數(shù)計(jì)算 電流檢測(cè)電阻，所以取。（5）電壓反饋控制參數(shù)計(jì)算 ， 所以： ，于是根據(jù)已有的元件取到。 所以： ，實(shí)際取。 。 5、 分析總結(jié)這次實(shí)習(xí)確實(shí)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(shí)。這一次的實(shí)習(xí)，收獲是方方面面的。我們的焊接技術(shù)得到了提高，對(duì)于電力電子技術(shù)有了更深的了解。不過，對(duì)于這樣的電路，調(diào)試成功，有時(shí)也靠運(yùn)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(duì)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(gè)進(jìn)度比單個(gè)人的時(shí)候快得多。向其他組取經(jīng)，向?qū)W長(zhǎng)請(qǐng)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(shí)習(xí)中，我們切實(shí)地體會(huì)到了對(duì)知識(shí)的掌握程度的成長(zhǎng)，這比什么都讓人高興。六、對(duì)削弱輸入電流諧波電路的思考由于一些原因，對(duì)削弱輸入電流諧波電路的設(shè)計(jì)最終只是停留在仿真階