反激式開關(guān)電源課程設(shè)計說課材料

1、反激式開關(guān)電源課程設(shè)計目錄第一章 課程設(shè)計的目的2第一章課程設(shè)計的要求2第-章主電路原理4第四章變壓器的設(shè)計9第五章器件選型15第六章仿真及結(jié)果20總電路圖28心得體會29參考文獻30第一章、課程設(shè)計的目的通過開關(guān)電源技術(shù)的課程設(shè)計達到以下幾個目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻檢索的能力，特別是如何利用 In ternet檢索需要的文 獻資料。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力和工程設(shè)計的能力。4、培養(yǎng)學(xué)生運用仿真工具的能力和方法。5、提高學(xué)生課程設(shè)計報告撰寫水平。第二章、課程設(shè)計的要求1. 題目題目：反激型開關(guān)電源電路設(shè)計注意事項：學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外

2、的其它開關(guān)電源電路設(shè)計。通過圖書館和In ternet廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計的題目方向的文獻 資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計方案。首先要明確自己課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi) 容。+4-16-AVLGND設(shè)計裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)輔助控制電路電路開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框圖主要技術(shù)數(shù)據(jù)僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝31交流輸入電壓AC95270V;2、直流輸出5V, 1A ;3、輸出紋波電壓< 0.2V4、輸入電壓在95270V之間變化時，輸出電壓誤差 < 0.03V設(shè)計內(nèi)容：開關(guān)電源主電路的設(shè)計和參數(shù)選擇IGBT電流、電壓額定的選擇開關(guān)電源驅(qū)動電路的設(shè)計開關(guān)變壓器設(shè)計畫出完整的主

3、電路原理圖和控制電路原理圖電路仿真分析和仿真結(jié)果2. 在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)靈活運用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點。主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計算和說明。課程設(shè)計從確定 方案到整個系統(tǒng)的設(shè)計，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文 獻的基礎(chǔ)上，經(jīng)過剖析、提煉，設(shè)計出所要求的電路（或裝置）。課 程設(shè)計中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究 體會。設(shè)計報告最后給出設(shè)計中所查閱的參考文獻最少不能少于5篇，且文中有引用說明，否則也不能得優(yōu)）。3. 在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問題的能力要求學(xué)生

4、在教師的指導(dǎo)下，獨力完成所設(shè)計的系統(tǒng)主電路、控制 電路等詳細(xì)的設(shè)計（包括計算和器件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè) 計報告基本相同，甚至完全一樣。4. 課題設(shè)計的主要內(nèi)容是主電路的確定，主電路的分析說明，主電路元器件、變壓器的計 算和選型，以及控制電路設(shè)計。報告最后給出所設(shè)計的完整電路圖，5. 課程設(shè)計用紙和格式統(tǒng)一課程設(shè)計用紙在學(xué)校印刷廠統(tǒng)一購買和裝訂，封面為學(xué)校統(tǒng)一要 求。要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強。設(shè)計報告不少于20頁第三章主電路原理電源設(shè)計指標(biāo)：輸入電壓：AC380 V ;輸入電壓變動范圍：304456 V;輸入頻率：50kHz;輸出電壓：5 V 24V ;輸出電流：1A 0.05A

5、輸出的紋波電壓為 0.2V輸出電壓在 20%勺變化范圍時，輸出地電壓誤差為0.3一反激型電路原理反激型電路存在電流連續(xù)和電流斷續(xù)兩種工作模式，值得注意的是，反激型電路工作于電流連續(xù)模式時，其變壓器磁芯的利用率會顯著下降，因此實際使用中，通常避免該電路工作于電流連續(xù)模式。其電路原理圖如 圖 3.1 :iii2VDW2UoWi)圖3.1反激型電路原理圖工作過程：當(dāng)S導(dǎo)通時，電源電流流過變壓器原邊，ii增加，其變化為dh/dt Us/W,，而副邊由于二極管 VD的作用，i2為0,變壓器磁心磁感應(yīng)強度增加，變壓器儲能；當(dāng) S關(guān)斷時，原邊電流迅速降為0,副邊電流i2在反激作用下迅速增大到最大值，然后開始

6、線性減小，其變化為di2/dt U0/W2，此時原邊由于開關(guān)管的關(guān)斷，電流為 0,變壓器磁心磁感應(yīng)強度減小，變壓器放能。二EMI濾波電路開關(guān)電源以其效率高、體積小、輸出穩(wěn)定性好的優(yōu)點而迅速發(fā)展起來。但是，由于開關(guān)電源工作過程中的高頻率、di/ dt 和高du/ dt 使得電磁干擾問題非常突出，如何減小產(chǎn)品的EMI，成為大家關(guān)心的重要問題。開關(guān)電源工作時，電磁干擾可分為兩大類：共模干 擾是載流體與僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝6大地之間的干擾，干擾大小和方向一致，存在于電源任何一相對大地、或中線對大地間，主要是由du/ dt產(chǎn)生的，di/ dt也產(chǎn)生一定的共模干擾。差模 干擾是載流體

7、之間的干擾，干擾大小相等，方向相反， 其存在 于電源相線與中線及相線與相線之間。本設(shè)計用 到的電路如圖3.2所示：*=CaL1' Ca二 CbL2Cb圖3.2 EMI濾波電路三整流濾波電路在整流濾波環(huán)節(jié)采取的是單相整流濾波電路，本電路常用于小功率的 單相交流輸入的場合。目前大量普及的微機、電視機等家電產(chǎn)品中所采用 的開關(guān)電源中，其整流電路就是如圖 3.3所示的單相不可控整流電路圖3.3電容濾波的單相不可控整流電路由設(shè)計要求可知AC輸入值是380V,通過整流濾波537V的直流電 壓。Uo 、,2Ui式中U i 整流前輸入電壓 U i =380VUo 整流后輸出電壓Uo 、2Ui 2 38

8、0537.4V由于濾波過程的其他原因取U i =310V二極管承受的壓降為 2 380537.4V四控制芯片本設(shè)計采用UC3842芯片控制開關(guān)器件的開通與關(guān)斷。UC3842是美國Unitrode公司生產(chǎn)的采用峰值電流模式控制的集成PWM控制器，專門用于構(gòu)成正激型和反激型等開關(guān)電源的控制電路。UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWN鎖存電路、5VC基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等，如圖3.4所示：(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

9、部 5V/50 mA。(2) 振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。T接在、REI®腳之間，R VCT接、 GN之間。 頻率f=1.8/(CTRT), 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)，以改變增 益和頻率特性。(4) 輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路 1A，驅(qū)動MOS管及雙極型晶體 管。(5) 電流取樣比較器：腳ISENSE用于檢測開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，VISENSE>1 V時，當(dāng)關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實際上是一個過流保 護電路。開通閾值16 V ,關(guān)

10、閉閾值10 V，(6) 欠壓鎖定電路VVLO具有滯回特性。(7) PWM鎖存電路：保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所 謂逐脈沖控制。另外，VCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護，防止器件損 壞。(8) 圖騰柱輸出電路(Totem Pole):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)。五反饋電路電壓反饋電路UC3842©LCx52$ TL431圖3.5電壓反饋電路原理圖電壓反饋電路如圖3.5所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器 TL431和光電 耦合器反饋到UC3842的腳，調(diào)節(jié)R、R的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電1

11、 2壓，達到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓U升高，則集成穩(wěn)壓器TL4310的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即UC3842腳對地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓 U減o小。同樣,如果輸出電壓U減小，則可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。第四章變壓器的設(shè)計一、已知參數(shù)設(shè)計變壓器已知參數(shù)：輸入電壓Uin=537V兩路輸出電壓和電流：Uoi =5V，loi=1A;Uo2 =24V，Io2 =50mA反饋電壓和電流 Uf =20V， If =50mA輸出功率 Po 5 1 24 0.05 20 0.05 7.2W效率n=0.9開關(guān)頻率fs=50kHz三、計算首先應(yīng)根據(jù)以下

12、公式計算變壓器的電壓比：kT 5max式中，Usmax是開關(guān)工作時允許承受的最高電壓，該電壓值應(yīng)低于所選開關(guān) 器件的耐壓值并留有一定裕量，Uimax是輸入直流電壓最大值，kT是變壓器 電壓比。由設(shè)計要求可知AC輸入值是380V，通過整流濾波輸出537V的直流電 壓。由于有波動，輸入的波動是土 20%所以Uimax 5371 0.2644V。U sma取 2 倍的 Uimax，故 Usmax 取 1288V。由于有兩路輸出和一路反饋，所以變壓器變比如下：kT1U smaxU i max1288644128.8Uo15kT2UsmaxU imax128864426.8Uo224心3UsmaxU i

13、 max128864432.2Uo320式中：U。! 一5V的輸出，Uo2 24V的輸出，Uo3 20V的反饋原邊與輸出5V的匝數(shù)比。kT2 原邊與輸出24V的匝數(shù)比。kT3 原邊與反饋20V的匝數(shù)比。當(dāng)輸出電流最大、輸入直流電壓為最小值時開關(guān)的占空比達到最大，假設(shè)這時反激型電路剛好處于電流連續(xù)工作模式，則根據(jù)下式可以計算出電路工作時的最大占空比Dmax 為DZomaxkT U oU i min1288644- 0.61288 644380. 20.8取實際占空比為D0.45，計算kT的值，如下：DUi0.455371 DUo1 0.61 0.455 0.6DUi0.455371 DUo2 0

14、.61 0.4524 0.6DUi0.455371 DUo3 0.61 0.4520 0.678.517.921.3lav可由假定效率kT2初級平均電流，所需輸出總功率Po 5240.05 20 0.057.2W 及最小總線電壓 Uimin算出。I av7.2U imin 0.9F00.80.016A一次側(cè)峰值電流I av0.016max0.60.053A計算一次側(cè)電感值L1DmaxUimax0.60.053145.8mH可由AeAw法求出所需鐵芯:ApAeAwIp1041.14Bmaxkcd式中Aw 磁芯窗口面積，單位為cm2Ae 磁芯截面積單位為cm2Bmax 磁芯工作磁感應(yīng)強度，取Bma

15、x =0.3Tkc 窗口有效使用系數(shù)，根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定，一般為0.20.4，此處取0.4。dc電流密度，一般取395A/cm2求得的AeAw的值為:ApBmax 人 dc1030.053 1041.140.31.41cm4選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長寬之比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較咼，同時可以減小漏感，即確定選用CL-76。CL- 76的磁芯其具體數(shù)據(jù)為224Ae 0.36cm , A 4.03cm , Ap 1.45cm44按如下公式計算原邊匝數(shù)，N1 基 10644, 10298.14fsBmaxAe4 50 10 0.3 0.36即取N1298匝。再根據(jù)原

16、、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。若求出的匝數(shù)不是整 數(shù)，這時應(yīng)該調(diào)整某些參數(shù)，使原、副邊的匝數(shù)合適。根據(jù)上述所求得的kTi、kT2、kT3求二次側(cè)匝數(shù)，No1N12983.8kT178.5No2N129816.6kT217.9No3吐29814kT321.3Noi 輸出為5V的二次側(cè)匝數(shù)，取4No2 輸出為12V的二次側(cè)匝數(shù)，取17No3 反饋為20V的二次側(cè)匝數(shù)，取14輸入繞組電流Iin0.053A，由dc=3.95A/mm2可得繞線的截面積為SinIn de20.0533.950.0134mm為了避免磁芯飽和，應(yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)?shù)臍庀?，計算如?l 4 101£gAe

17、 Bm410 7 0.1458 0.0532420.513mm0.36 1042繞線的選擇有設(shè)計方案可知在變壓器上有三部分繞組:第一路輸出繞組電流101 = 1 A .可得出So1-010.254mm2dc3.95第二路輸出繞組電流1。2= 0.05A,I 020.052S°2020.0127mmdc3.95第二路反饋繞組電流I 03= 0.05A1。30.05dc 3.9520.0127mm表1 AWG導(dǎo)線規(guī)格表WGA裸線截面積圓密耳電阻重量cm2*10-3cir-mil10-6omhs/cmgm/cm124.116812.3418.90.03757223.243640.1531.

18、40.02965322.588510.86660.02372422.047404842.10.01884521.623320.310620.01498621.28252.613450.01185721.021201.51687.60.00945820.8046158.82142.70.00747920.647127.72664.30.00602030.50671003402.20.00472130.401379.24294.60.00372230.324263.995314.90.00305330.255450.416748.60.00241430.201139.698572.80.00189

19、530.158931.36108490.0015630.126624.98136080.00119730.102620.25168010.000977830.0810716212660.000773930.0620712.25277750.000593040.048699.61354000.000464140.039727.839434050.000379本設(shè)計采用AWG導(dǎo)線，根據(jù)表1結(jié)合所計算出來的導(dǎo)線截面積，選擇導(dǎo)線型號，結(jié)果如下：輸入繞組選用AWG-35，5V輸出繞組繞組選用AWG-23,24V輸出繞組選用AWG-35，反饋繞組選用AWG-35。考慮各方面影響因素，變壓器繞制工藝如下，采

20、用“三明治”式繞法，即初級繞組先繞一半，再繞次級繞組，繞后再將初級繞組剩余的匝數(shù) 繞完，最后將次級繞組包裹在里面，這樣漏感最小。該方法是通過變壓器繞制工藝設(shè)計，控制變壓器的漏感，進而減小MOSFE的漏源極電壓尖峰。其次，反激變壓器采用次級繞組反向繞制，有如下好處：1.操作工藝相對簡單2.同向繞制必須要加套管，而反向則不必 3.同向進出會交叉，反向就 不會。第五章器件選型一、EMI濾波電路需要L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)。需要指出，當(dāng)額定 電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此 外,適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。Ca采用薄膜電容器，容量范圍 大致是0

21、.01卩F0.47卩F,主要用來濾除差模干擾。Cb跨接在輸出端,并將 電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。Cb亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用 陶瓷電容,容量范圍是2200pF0.1卩F。為減小漏電流，電容量不得超過 0.1卩F,并且電容器中點應(yīng)與大地接通。C1C4的耐壓值均為 630VDC或250VAC因此，最后選取個元件參數(shù)如下：差模干擾抑制電容Ca選取Ca 0.1 F共模干擾抑制電感T=20mH共模干擾抑制電容Cb 0.1 F二、整流電路由設(shè)計要求可知AC輸入值是380V通過整流濾波輸出537.4V的直流電壓。U0. 2U 2. 2 380 537.4V試中U2 -整流電路輸入側(cè)電壓U 0

22、-整流輸出直流電壓考慮10%余量取Uo 645V選取整流二極管由上式知二極管承受的管壓降為2 380 537.4V所以選取二極管型號為IN4005，其最高反響峰值電壓為600V三、反激型電路已知輸入?yún)?shù)為輸入直流U °645V輸出電壓：UOUT1 5VU out 224V輸出總功率為：P05 1 24 0.05 20 0.057.2W效率： 0.9D 0.45開關(guān)頻率：fs 50kHz線路主開關(guān)管的耐壓Umos Us Ui -NL U0N2其變壓器計算選取見第四章。輸出側(cè)元器件選取:變壓器輸出側(cè)電路如下圖:VL11 n.廠-2C4C5圖5.1 輸出濾波電路(1) 計算輸出濾波電容：由

23、課設(shè)的要求輸出紋波電壓< 0.2V ,即輸出紋波電壓的峰峰 Vp p 30mV ，可根據(jù)輸出誤差估算出：1 OUT 1(max) 1 0(1°.O3)11.031°3A1 OUT 1(max) T°ff1.03 A 0.011ms“ lC457 uFVp p0.2V為了更好的保證輸出地波形使紋波減小到最小，保證供電質(zhì)量，由圖 可知采用的是雙濾波環(huán)節(jié)，計算二次濾波電容：I OUT 1(max) Toff1.03 A 0.011ms lC557 pFVp p0.2V即選擇一個和C4 一樣的電容。根據(jù)查詢得知選擇電解電容，選擇KEMET公司生產(chǎn)的電容型號 T510

24、X337M010AS 330(2) 計算輸出濾波電感L1參考導(dǎo)磁率與直流偏置曲線。在可能的直流偏置下所選的磁導(dǎo)率不能過低。這里選擇磁場強度為400E時，相對磁導(dǎo)率大于60的磁芯：K1 HI 400E 15cm 一 “N47.70.4 I00.4 3.14 1A取整則n=48匝(3) 選擇二極管V輸出整流二極管耐壓為Vr 2Vout2 5V 10VI R IoUT 1 1A故選取IN4001型二極管同理由以上計算第二路輸出24V，50mA的電容電感值及二極管C；©)Vp0.05 A 0.011ms02VHI0.4 I0400 °15955匝0.4 3.14 0.05輸出整流二

25、極管耐壓為Vr 2Vout2 24V 48V選取IN4001型二極管四反饋電路1. 基準(zhǔn)本設(shè)計基準(zhǔn)電壓用的是德州公司的 TL431，其管腳極外形見圖所示，參數(shù) 如下：a. 最大輸入電壓為37Vb. 最大工作電流150mAc. 內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5Vd. 輸出電壓范圍為 2.530V滿足電路要求R1、R2 都取 1.5k Q,在 TL431 的K極的到一個2.5的基準(zhǔn)電壓，輸出電TL431廣、Ky r#RAK.零考極陰極壓變化時，加在光耦合器上的電壓發(fā)生 變化，反饋到UC3842的電壓也發(fā)生變化，通過調(diào)節(jié)占空比便可調(diào)節(jié)輸出 的變化。2. 光耦合電流放大系數(shù)傳輸比（CTR :通常用直流電流傳輸比來表

26、示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比，有公式：CTR=IC/IF X 100%在此選用摩托羅拉系列光耦合器 4N25,A ,其CTR=20%，直流輸入電流IF=10mA,于是F320 2.5 0.710 101680五、控制電路振蕩器的振蕩頻率由外接的電阻Rt和電容Ct決定，而外接電容同時還決定死區(qū)時間長短。死區(qū)時間、開關(guān)頻率同選取開關(guān)頻率Rt和電容Ct的關(guān)系如下所示：t°300CtfsRt Ct死區(qū)時間tD 20 s，開關(guān)頻率fs 50kHz ,求得 Ct 37nF， Rt 973。第六章仿真及結(jié)果、EMI濾波電路其仿真電路如下圖:、20mHV

27、OFF = 0嵩VAMPL = 537.4FREQ = 50V1二 C10.1uL21E K1K3019PL_3B7 coupLing=-1L120mH0V二 C2"0.1u二 C40.1u2L C30.1ur026-1 EMI0波電路輸入交流電壓及濾波輸出電壓波形如下圖0VR11k0V400V-400V10ms20ms30ms40ms50ms60ms70ms80ms100ms口 V(C1:2)Time口 V(L1:2)400VL*L -7,X7- 1/LLF1A匸丄、hJ弋Ar，/90ms6-2輸入輸出波形如果輸入有高頻電壓干擾，通過 EMI濾波電路其將會被濾掉，結(jié)果輸出波形仍是5

28、0Hz的交流正弦電壓波。二、整流電路仿真電路如下圖：A D7DbreakX D8Dbreak V1VOFF = 0VAMPL = 537.4FREQ = 50'交流輸入電壓波形:400VC11000uR11k卒D5Dbreaka D6Dbreak圖6-3整流電路200V0V30ms100ms-400V_ V(D5:2,V1:-)*r t右J 丄/111rV11j-11111J11111f11iL9-f11*111|!1-/1*'1|/V-200V整流后輸出直流電壓波形:600V輸入為380的交流電，整流輸出Ud &U22537.4V輸出波形符合計算值結(jié)果。三反激型電路仿

29、真及結(jié)果D3537VdcR3100圖6.4R14圖6.5輸出直流波形UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器 應(yīng)用而設(shè)計，這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進行精確的占空比 控制、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流 圖騰柱式輸出，是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。在ORCAD仿真中的電路原理圖見圖6.6UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有 8個引腳， 各腳功能如下： 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； 腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； 腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過 1V時縮小脈沖寬度使電源 處于間歇工作狀態(tài)。本次仿真暫不使用此引腳，將其直接接地； 腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.72/(RT XCT);波形見上圖 腳為公共地端； 腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns驅(qū)動能力為±1A ;輸出高電平為20V的方波，輸出波形見圖6.