反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 電力電子技術(shù) 任課教師 設(shè)計(jì)題目 反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 班級(jí) 10自動(dòng)化（2）班 姓名 日期 2013-6-12 目錄摘要21、課程設(shè)計(jì)的目的22、課程設(shè)計(jì)的要求22.1、題目22.2、設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)32.3、課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容33、總體方案的確定43.1、反激式開關(guān)電源的介紹43.2、UC3842式開關(guān)電源簡(jiǎn)介63.2.1、UC3842 內(nèi)部工作原理簡(jiǎn)介63.2.2、UC3842的使用特點(diǎn)73.2.3、UC3842 組成的反激式開關(guān)電源83.3、總體方案的確定94、電路的選擇104.1、路拓?fù)漕愋偷倪x擇104.1.1、撲結(jié)構(gòu)選擇要注意的問(wèn)題104.1.

2、2、結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析114.2、反激變壓器的主要方程124.3、變壓器磁芯的選擇和匝數(shù)的計(jì)算134.3.1、變壓器的磁芯的選擇134.3.2、變壓器的匝數(shù)的計(jì)算154.3.2、磁芯等的各種損耗16心得體會(huì)18參考文獻(xiàn)19反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘要反激式(Flyback)變壓器，或稱轉(zhuǎn)換器、變換器.因其輸出端在原邊繞組斷開電源時(shí)獲得能量故而得名反激式變壓器的優(yōu)點(diǎn)有:電路簡(jiǎn)單,能高效提供多路直流輸出,因此適合多組輸出要求；轉(zhuǎn)換效率高,損失??；變壓器匝數(shù)比值較?。惠斎腚妷涸诤艽蟮姆秶鷥?nèi)波動(dòng)時(shí)，仍可有較穩(wěn)定的輸出，目前已可實(shí)現(xiàn)交流輸入在 85265V間.無(wú)需切換而達(dá)到穩(wěn)定輸出的要求。反激式變壓器的缺點(diǎn)有；

3、輸出電壓中存在較大的紋波,負(fù)載調(diào)整精度不高,因此輸出功率受到限制，通常應(yīng)用于150W以下；轉(zhuǎn)換變壓器在電流連續(xù)(CCM)模式下工作時(shí)，有較大的直流分量，易導(dǎo)致磁芯飽和，所以必須在磁路中加入氣隙，從而造成變壓器體積變大；變壓器有直流電流成份，且同時(shí)會(huì)工作于CCM / DCM兩種模式，故變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)較困難，反復(fù)調(diào)整次數(shù)較順向式多，迭代過(guò)程較復(fù)雜。1、課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)開關(guān)電源技術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的： 1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。 2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，特別是解決問(wèn)題的能力。 3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。 4

4、、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用仿真工具的能力。 5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。 2、課程設(shè)計(jì)的要求2.1、題目題目：反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 注意事項(xiàng)： 學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其他開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)。 通過(guò)圖書館和Internet廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)方案。首先要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 2.2、設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù) 圖1主要技術(shù)數(shù)據(jù) 1、直流輸入電壓110V 2、直流輸出為兩端輸出，一端輸出直流電壓5V，輸出電流1A，另外一端輸出電壓15V，輸出電流500mA。 3、要求反饋端接5V電壓輸出端。 4、輸出紋波電壓0.2V 5、輸入電壓在95

5、270V變化時(shí)，輸出電壓誤差0.03V 2.3、課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 1、開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇 2、IGBT電流、電壓額定的選擇 3、開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路的選擇 4、開關(guān)變壓器設(shè)計(jì) 5、畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖 6、電路仿真分析和仿真結(jié)果。 3、總體方案的確定3.1、反激式開關(guān)電源的介紹開關(guān)電源具有能耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，在通訊設(shè)備、數(shù)控裝置、儀表儀器、影音設(shè)備、家用電器等電子電路中得到了廣泛應(yīng)用。 開關(guān)電源的基本組成如圖2所示，其中，DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來(lái)自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放

6、大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)有它激或自激電路產(chǎn)生（本次課程設(shè)計(jì)要求它激）。比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值，、頻率、波形等，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。圖2開關(guān)電源的基本組成開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)有串聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、正激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、半橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)等。這里重點(diǎn)介紹一下反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)。反激開關(guān)電源如圖3所示，當(dāng)功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，輸入端的電能以磁能的形式儲(chǔ)

7、存在變壓器的初級(jí)線圈N1中，由于同名端關(guān)系，次級(jí)側(cè)二極管V1不導(dǎo)通，負(fù)載沒(méi)有電流通過(guò)。當(dāng)功率開關(guān)晶體管VT斷開時(shí)，變壓器次級(jí)繞組以輸出電壓U0為負(fù)載供電，并對(duì)變壓器進(jìn)行消磁。圖3反激開關(guān)電源電反激開關(guān)電源電路簡(jiǎn)單，輸出電壓U0即可高于輸入電壓Ui又可低于輸入電壓Ui，一般適用于在輸出功率在200W以下的開關(guān)電源中。3.2、UC3842式開關(guān)電源簡(jiǎn)介 UC3842是美國(guó)Unitrode公司(該公司現(xiàn)已被 TI公司收購(gòu))生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，可直接驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管、MOSFEF 和IGBT 等功率型半導(dǎo)體器件，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良等諸多

8、優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、顯示器等系統(tǒng)電路中作開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)器件。3.2.1、UC3842 內(nèi)部工作原理簡(jiǎn)介 UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存電路、5VC基準(zhǔn)電壓、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等。圖4示出了UC3842 內(nèi)部框圖和引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個(gè)引腳，各腳功能如下：圖 4 UC3842 內(nèi)部原理框圖(1) 5 V基準(zhǔn)電源：內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得到2.5 V作為誤差比較器的比較基準(zhǔn)。該電源還可以提供外部5 V/50 mA。 (2) 振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。

9、T接在、REF腳之間，T接、GND之間。頻率=1.8/(TT), 最大為500 kHz。 (3) 誤差放大器：由VFB端輸入的反饋電壓和2.5 V做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡(luò)，以改變?cè)鲆婧皖l率特性。 (4) 輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1 A，驅(qū)動(dòng)MOS管及雙極型晶體管。 (5) 電流取樣比較器：腳ISENSE用于檢測(cè)開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE>1 V時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。 (6) 欠壓鎖定電路VVLO：開通閾值16 V，關(guān)閉閾值 10 V。具有滯回特性。 (7) PWM鎖存電

10、路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過(guò)一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 另外，VCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。 (8) 圖騰柱輸出電路(Totem Pole)：由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點(diǎn)像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)NPN型晶體管的集電極，這個(gè)晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩晶體管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出晶體管，從直流角度看是串聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。3.2.2、UC

11、3842的使用特點(diǎn)(1) 采用單端圖騰柱式PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為±200 mA，峰值可達(dá)±1 A。(2) 啟動(dòng)電壓大于16 V，啟動(dòng)電流僅1 mA即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在1034 V之間，負(fù)載電流為15 mA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過(guò)電壓保護(hù)狀態(tài)，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。 (3) 內(nèi)設(shè)5 V(50 mA)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)21分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。 (4) 輸出電流為200 mA，峰值為1 A，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)MOSFET管。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速RC電路，同時(shí)將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在40 kHz以下。若驅(qū)動(dòng)MOS

12、FET管，振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá)500 kHz。 (5) 內(nèi)設(shè)過(guò)流保護(hù)輸入(腳)和誤差放大輸入(腳)兩個(gè)PWM控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主PWM控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在30100時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在8 以下，負(fù)載變動(dòng)在70100時(shí)負(fù)載調(diào)整率在3以下。 (6) 過(guò)流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到0.01%V。如果腳電壓大于1 V或腳電壓小于1 V，PWM比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)才重新置位。利用腳和腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個(gè)周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管

13、不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。 （7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由腳外接電阻與腳外接電容設(shè)定。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò)腳引入外同步。腳和腳外接RT、 CT構(gòu)成定時(shí)電路，CT的充電與放電過(guò)程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出： f=1/Tc=1/0.55RTCT=1.8/RTCT （2-1）3.2.3、UC3842 組成的反激式開關(guān)電源反激式開關(guān)電源電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看做是一對(duì)相互耦合的電感，其工作過(guò)程是：開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)次級(jí)繞組和V向輸出端釋放。 圖5是反激式開關(guān)電源原理圖，

14、其中的控制芯片采用UC3842。電源的輸出電壓等級(jí)有三種：5 V、 12 V、 12 V。該電路的變換器是一個(gè)降壓型開關(guān)電路。由單管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器TC主繞組N1電流，C2、 R3可以提供變壓器原邊泄放通路。輸出經(jīng)整流、 濾波送負(fù)載。芯片所用的電源VCC由R2從整流后電壓提供。VCC同時(shí)也作為輔助反饋繞組N3的反饋電壓。電路振蕩器頻率由式(2-1)決定。圖5 UC3842 構(gòu)成的反激式開關(guān)電源3.3、總體方案的確定開關(guān)穩(wěn)壓電源被譽(yù)為 “新型高效節(jié)能電源”，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。由于內(nèi)部器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因此本身消耗的能量極低，電源效率可以達(dá)到80%以上，比串連調(diào)整 線性穩(wěn)壓電源的效率

15、提高近一倍。隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源正朝著小型化、高頻化、集成化的方向發(fā)展，高效率的開關(guān)穩(wěn)壓電源已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。利用電流型脈寬調(diào)制器UC3842芯片設(shè)計(jì)的電流制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn) 壓電源，克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低的缺點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、體積小、易實(shí)現(xiàn)。該穩(wěn)壓電源是目前實(shí)用和理想的穩(wěn)壓電源，具有很大的發(fā)展前景。 根據(jù)要求，本次設(shè)計(jì)控制電路形式為反激式，單端反激式電路比正激式開關(guān)電源少用一個(gè)大儲(chǔ)能濾波電感以及一個(gè)續(xù)流二極管，因此其體積小，且成本低。此電源設(shè)計(jì)要采用的是反激式的開關(guān)管連接方式，并且開關(guān)電源的觸發(fā)方式是它激式。設(shè)計(jì)采用

16、了UC3842作為PWM控制電路。 電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器如開關(guān)損耗、 門極驅(qū)動(dòng)損耗、 輸出整流管的損耗會(huì)越來(lái)越突出，對(duì)磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)的要求也會(huì)越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數(shù)對(duì)線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、 運(yùn)行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。在本電的特性。開關(guān)頻率越高，變壓器、 電感器的體積越小，電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸源中，選定工作頻率為100 kHz。4、電路的選擇4.1、路拓?fù)漕愋偷倪x擇4.1.1、撲結(jié)構(gòu)選擇要注意的問(wèn)題1）升壓或降壓：輸入電壓總是比輸出電壓高或低嗎，如果不是就不能選擇buck變換器或boost變換器2）占空比：輸入電壓

17、和輸出電壓是否相差5倍以上，如果是，就可能要用變壓器。計(jì)算合適的占空比，不要使占空比太小或太大。3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調(diào)節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時(shí)，建議用多個(gè)變換器，這樣做的結(jié)果比較理想。4）是否需要隔離：考慮電壓的高低，如果需要隔離就需要變壓器。5）EMI有什么要求：EMI的要求橫哦啊，建議不要輸入電流不連續(xù)的那些拓?fù)洌鏱uck變換器，boost變換器，最好讓變換器工作于電流連續(xù)模式。6）成本高低：對(duì)離線式電源來(lái)說(shuō)，也可以用IGBT，否則就考慮MOSTET7）電源是否需要空載工作：如果電源需要空載工作，變換器就要工作于電流斷續(xù)模式，除非是同

18、步整流。 8）是否能夠同步整流：同步整流不管負(fù)載大小如何，都可以是變換器工作于電流連續(xù)模式 9）輸出電流的大?。喝绻敵鲭娏骱艽?，選用電壓模式要比電流模式控制好。 4.1.2、結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析Buck電路存在著很多限制，變換電路上只有一個(gè)電感，沒(méi)有變壓器，這就意味著輸入和輸出之間不可能有隔離。Buck變壓器只能對(duì)輸入電壓進(jìn)行降壓變換，如果輸入電壓比輸出電壓低，變換器就不能正常工作，而且buck電路只有一路輸出，如果需要多路輸出電壓，除非愿意采用第二級(jí)電壓調(diào)節(jié)器，如接解線性調(diào)節(jié)器，buck電路就不能使用；雖然buck電路既可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流斷續(xù)狀態(tài)，但是輸入電流總是斷續(xù)的，這

19、就意味著每個(gè)周期里，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，輸入電流為零，輸入電流斷續(xù)會(huì)使EMI濾波器要比別的電路拓?fù)涓螅襜uck電路不應(yīng)用門極驅(qū)動(dòng)。 Boost電路一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電壓加于電感上，電流以某一斜率上升，并將能量?jī)?chǔ)存在電感中，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電流講過(guò)二極管流向輸出電容和負(fù)載。但是buck變換器只有一個(gè)輸出電壓，無(wú)法得到多個(gè)輸出電壓，輸出電壓和輸入電壓沒(méi)有隔離，輸出電壓不能比輸入電壓低，即使完全關(guān)斷開關(guān)，輸出電壓只能等于輸入電壓（除去二極管的導(dǎo)通壓降）。如果你需要只有一組輸出且不用隔離的電源，那么boost變換器只需要處理只有一個(gè)繞組的電感即可。 正激式變換器需要有一個(gè)最小負(fù)載，電感必須足夠

20、大，才能保證脈動(dòng)電流的峰值小于最小負(fù)載電流，否則電流就不會(huì)連續(xù)，并引起輸出電壓上升，所以正字式變壓器不能工作在空載狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)窮大的電感是不現(xiàn)實(shí)的。正激式變換器的變壓器不能存儲(chǔ)能量，因此不像反激式變換器那樣有功率上的限制，變換器只有一個(gè)電感，用來(lái)平滑輸出電容上的電流，正激式變換器可以做到500W甚至更大，這對(duì)MOSFET的要求比較高。 反激式變換器，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)于變壓器原邊的電感中，注意變壓器的同名端，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，漏極電壓要高于輸入電壓，變壓器副邊電壓高于地，使二極管導(dǎo)通，向輸出電容和負(fù)載提供電源。反激式變化器可以在變壓器副邊有多少個(gè)繞組，方便地輸出多組電壓。各個(gè)輸出電壓和原邊隔離，

21、而且各組輸出電壓可以任意大小，僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)器的變比就能實(shí)現(xiàn)。這種電阻可以工作于電流模式，也可以工作于電流斷續(xù)模式，而且反激式變換器最常見(jiàn)的工作模式是電流斷續(xù)模式。所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源的輸入是我們所用的日常的交流電，而輸出的電壓是48V，輸出的最高電流是5A。因?yàn)閎uck變化器和buck變化器是不用變壓器的，是非隔離式的，而且都是針對(duì)小功率的，只能單方面的升壓或降壓，且不能多路輸出，調(diào)試上不出現(xiàn)問(wèn)題，我想再做一路15V的輸出，所以不考慮buck變化器和boost變換器。正激電路的優(yōu)點(diǎn)很多，但是正激變換器的變壓器是不能夠存儲(chǔ)能量的，雖然沒(méi)有功率上限，但是正激電路多采用雙正激開關(guān)電路用在較大的功率場(chǎng)合，

22、而且對(duì)于要求嚴(yán)格的MOSFET管，以現(xiàn)有的條件限制無(wú)法滿足。從實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的材料，我準(zhǔn)備采用輸出功率更大、設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、高效節(jié)能的集成離線式開關(guān)IC，TOP250，在TOP250的典型電路中采用的就是反激式，反激式的輸出功率是幾瓦到幾百瓦，正好符合輸出的要求。下面是根據(jù)所選的設(shè)計(jì)出來(lái)的整體結(jié)構(gòu)圖：圖 6電路的整體結(jié)構(gòu)4.2、反激變壓器的主要方程我們從交流電已經(jīng)整成直流開始，電壓加在原邊電感上，開關(guān)導(dǎo)通期間，電流持續(xù)上升： Ipk=Ton= 這里，D是占空比，f是開關(guān)頻率，T=是開關(guān)周期，這個(gè)方程適用于電流斷續(xù)反激式變壓器，原邊電流波形圖。圖 7斷續(xù)模式下反激式變壓器的電流波形 儲(chǔ)存在原邊電感中

23、的電量取決于峰值電流的大?。?E= 能量每個(gè)周期傳遞一次： P=Ef=這個(gè)方程式電流斷續(xù)模式下反激式變壓器的基本方程。這個(gè)方程告訴我們，一旦輸入電壓固定，如果要增加輸出功率，那么只能通過(guò)減低開關(guān)頻率或減少電感來(lái)實(shí)現(xiàn)。而如果開關(guān)頻率也以選定，那么只有通過(guò)減少電感才能增加功率。但是實(shí)際的電感都由一個(gè)最小值，斷續(xù)工作的反激式變換器由最大輸出的限制。 由所選的器件得知開關(guān)頻率為132KZ，計(jì)算得： 48*5W= 得出原邊電感值為L(zhǎng)200uH，可以計(jì)算得峰值電流Ipk為： Ipk=4A4.3、變壓器磁芯的選擇和匝數(shù)的計(jì)算4.3.1、變壓器的磁芯的選擇現(xiàn)在我們來(lái)選擇磁芯材料?？紤]到開關(guān)頻率比較高，我們選用

24、鐵氧體材料或者M(jìn)PP，完善的設(shè)計(jì)必須兩者都考慮，這里我們只考慮鐵氧體材料，因?yàn)槿绻氏嗤?，鐵氧體磁芯的體積比MPP的體積更小。 我們已經(jīng)知道（工程上單位取厘米、安和高斯） Bmax= （1）以及： L= （2） 這里l是磁路長(zhǎng)度。我們要用的鐵氧體磁芯磁路長(zhǎng)度非常短，這樣B值會(huì)很大，甚至可能會(huì)使磁芯飽和，同時(shí)損耗也增大。因此反激式變壓器（包括一些采用鐵氧體材料的直流電感器）總是采用氣隙。由于空氣空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵氧體，一次氣隙能夠極大地增加磁路的有效長(zhǎng)度。帶有氣隙磁芯的有效磁路長(zhǎng)度為： l=l=u*l （3）在很多實(shí)際應(yīng)用的例子中，后面一項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前面一項(xiàng) u*l>>l （4）

25、所以這樣的近似是合理的 lu*l （5） 注意：制置是一個(gè)近似關(guān)系，并不能保證任何時(shí)候都成立，每一次設(shè)計(jì)的時(shí)候都要檢查一下這個(gè)近似關(guān)系是否成立。 近似值來(lái)計(jì)算，我們可以得到以下式子： B=與 （6） 這些方程的使用前提我們必須清楚：對(duì)于帶有氣隙的鐵氧體材料磁芯，在確認(rèn)（4）方程成立的條件下，可以試方程（6）；否則，應(yīng)使用基本方程（1）和（2），如果磁芯的氣隙非常小，應(yīng)該使用有效磁路長(zhǎng)度（3)。 我們需要在不同的磁芯中進(jìn)行選擇，以確定自己所選的型號(hào)是最合適的，變壓器的高度要求是我們的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是考慮到成本，只能現(xiàn)有的材料中選擇相近似的磁芯，現(xiàn)有的磁芯中最接近的是E42如圖8。圖8磁芯由于我做的

26、這個(gè)變壓器的開關(guān)頻率為132kHZ，查一下軟磁鐵氧體材料選擇表，E42的性能優(yōu)良，能夠適用所設(shè)計(jì)的電路。4.3.2、變壓器的匝數(shù)的計(jì)算磁芯的形狀和材料選擇好以后，下面我們要選擇合適的氣隙。通常先取最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后確定氣隙大小，磁通也就確定了。對(duì)于氣隙，可能會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，有時(shí)要求磁芯只有一邊氣隙，而另一邊沒(méi)有氣隙。著需要特意模具，需要花費(fèi)很多，另一個(gè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是：氣隙非常小，任何一點(diǎn)很小的氣隙誤差都會(huì)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，并進(jìn)一步影響損耗，甚至?xí)?dǎo)致磁芯的飽和。 即使是使用帶有氣隙的磁芯，仍然會(huì)有很多問(wèn)題：由于本身的氣隙很小，當(dāng)兩塊磁芯連接在一起的時(shí)候，總的氣隙誤差會(huì)比較大；粘合的

27、膠水也會(huì)增加氣隙的長(zhǎng)度。 回到我們的設(shè)計(jì)來(lái)，我們可以查到E42的A的值為376nH，大的A意味著匝數(shù)可以最少，那樣線圈電阻也可以最小。200uH需要的匝數(shù)為： N=23匝說(shuō)明氣隙可以通過(guò)Ae=178mm=0.178cm來(lái)計(jì)算，所以有 376nH=這樣，可以得到氣隙長(zhǎng)度l=0.059cm，算好磁感應(yīng)強(qiáng)度，就可以計(jì)算出磁感應(yīng)強(qiáng)度： B=1958G 為我所選用的磁芯的最大磁通密度是2286G，計(jì)算出的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于最大的磁通密度，所以選用的磁芯是合適的。 現(xiàn)在來(lái)計(jì)算次級(jí)線圈的匝數(shù)（是48V匝數(shù)）。 由公式： =N2的二次側(cè)的線圈的匝數(shù)，N1為一次側(cè)的線圈匝數(shù),V0為輸出電壓，V為二極管順向電壓，V1

28、（min）是輸入的最小的電壓，D為占空比。 =所以N2=19匝4.3.2、磁芯等的各種損耗在反激式變壓器里，電流是單向的，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也是單向的：從0增加到B，然后又降低到0。所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰峰值是B的一半。132kHZ時(shí)，對(duì)于E42這種材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2286/2=1143G時(shí)的損耗近似為320mW/cm。 現(xiàn)在我們降低開關(guān)頻率可否降低磁芯損耗，損耗與頻率、磁感應(yīng)強(qiáng)度之間是一種非線性關(guān)系，典型的關(guān)系式為： loss/lb=因?yàn)?，我們需要?倍的電感值來(lái)保持同樣的功率，這就意味著需要倍的繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)兩倍的電感，這就使得磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的，因?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度B與匝數(shù)同比增加。 總的損耗，即每一

29、磅的損耗乘以重量，為 1.92fBL由于磁芯的重量和存儲(chǔ)能量的大小有直接的關(guān)系，而存儲(chǔ)能量與電感呈電感量呈線性關(guān)系。因此開關(guān)頻率降低一半，磁芯損耗幾乎變?yōu)樵瓉?lái)的2倍。另一方面，降低開關(guān)頻率的確能夠降低開關(guān)晶體管的損耗： PK+Af式中，K由通態(tài)損耗決定，A由開關(guān)速度決定。如果開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于通態(tài)損耗的話，可以有： P 0.5P一般情況下，通常的情況是這樣的：即使在整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，改變開關(guān)頻率對(duì)效率的影響不是很大。而真好的好處在磁芯尺寸的大小卻非常明顯，隨著開關(guān)頻率增加，體積明顯可以減小。 下面我們來(lái)計(jì)算一下磁芯損耗，磁芯的總體積3.7cm，因此磁芯的損耗為320mW/cm*3.7cm=1184mW。磁芯的損耗是可以的。 如果磁芯損耗大得無(wú)法接受，可以有兩個(gè)方法：第一個(gè)辦法是進(jìn)一步增加氣隙，如兩半塊磁芯的匹配連接，定制自己需要的，帶有氣隙的磁芯；第二個(gè)辦法是選用大尺寸的磁芯，隨著氣隙的增大，其邊界范圍也隨著增大，漏感也要增大，漏感增加會(huì)影響到電路中的其他元件，并且使變壓器的效率降低。同時(shí)大型號(hào)的磁芯體積也相應(yīng)的比較大，需要占用更大的印制板面積，成本更高。在工程設(shè)計(jì)中，通常要權(quán)衡這些因素，折合選擇。心得體會(huì)整個(gè)課設(shè)的過(guò)程也是對(duì)舊知識(shí)復(fù)習(xí)的過(guò)程和新知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程，課設(shè)中大多數(shù)資料來(lái)自于