基于tl3843單管它激式反擊型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作.doc

基于tl3843單管它激式反擊型開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作一：開關(guān)電源模塊的性能特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)1采用一片TL3843驅(qū)動(dòng)MOSFETIRFBE30開關(guān)電源，配817型光耦合器，構(gòu)成光耦反饋電路，能將85265V交流電變換成5V/4A，18V/4A的直流穩(wěn)壓輸出。功率92W，效率85%。2該模塊的主要技術(shù)指標(biāo)如下：交流輸入電壓范圍：u=85265V輸入電網(wǎng)頻率5060Hz輸出電壓Uo1=5V，Uo2=18V.最大輸出電流Iom=4A。電壓調(diào)整率：（85265V）：Sv=1%負(fù)載調(diào)整率：SI=1%電壓效率：%85輸出紋波電壓30mV3電路特點(diǎn)：功率開關(guān)截止期間，功率開關(guān)變壓器向負(fù)載釋放能量功率開關(guān)變壓器既起安全作用，又起儲(chǔ)能電感的作用。變壓器要工作在連續(xù)工作狀態(tài)，功率開關(guān)變壓器必須大于臨界電感值。輸出端不能開路，否則將失控?？捎糜趲装偻叩妮敵龉β蕡?chǎng)合。反擊式變換器原線路原理如圖1-11212*C1CapRVsIsVoIp圖1-1二：器件選擇：1Mos管的選擇：2整流管的選擇在單片電源中，一般采用超快恢復(fù)二極管作為嵌位二極管，輸出整流管和反饋電路中的整流管。（1）嵌位二極管：需用超快恢復(fù)二極管，UF4000，或FR157快速恢復(fù)二極管。還可選用BYV26C。選用時(shí)要注意反向耐壓。（2）輸出整流管：超快恢復(fù)二極管適合作為開關(guān)電源的高壓，大電流整流管，設(shè)整流管實(shí)際承受的反向峰值電壓為U（BR）S，所選整流管的最高反向工作電壓為URM.U（BR）S，其定整流電流Id3IOM。本例中要求輸出4A,則選取MUR16。（3）反饋電路中的整流管可選用1N4148，UF4003，MUR120或RF107。3電磁干擾濾波器：*1212C10.1u630VDCC20.01u630vC30.1u630VC40.1u630V輸出輸出LN電網(wǎng)噪聲是電磁干擾的一種。串模干擾是兩條電源線之間的噪聲，共模干擾是兩條電源線對(duì)地的噪聲。電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)串模，共模干擾都起到抑制作用。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01F0.47F,主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF0.1F。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1F，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。以38kHz做基本開關(guān)頻率時(shí)，二次諧波僅為72kHz。超過(guò)150kHz時(shí)，EMI濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)就要嚴(yán)格的多。3.濾波電容的選擇設(shè)計(jì)100w反激變壓器適應(yīng)電壓從85240V變化輸出兩路18V/4A.5V/4A變壓器的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）選擇磁芯大小如果效率為85%,則變壓器的傳輸功率=85.04*184*5108W下圖是一個(gè)2030kH，工作頻率，溫升,30CTo硅N27鐵氧體材料制成的磁芯傳送功率磁芯尺寸的關(guān)系。在實(shí)際使用時(shí)留有一定裕量是完全必要的。根據(jù)110W，在圖2-1曲線上對(duì)磁芯做一初步選擇，查得型號(hào)E42/20。（2）計(jì)算ton原邊繞組開關(guān)晶體管Tr的最大導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)在最低輸入電壓和最大負(fù)載時(shí)發(fā)生。在這個(gè)例子中，假設(shè)D=Tston=0.5，工作頻率38kHz。Ts=fs1=3610*3810=26uSTon=DTs=0.5*26=13uS（3）計(jì)算最低直流輸入電壓設(shè)計(jì)變換器在最低線路輸入電壓時(shí)發(fā)生滿載工作，計(jì)算它的輸入端的直流電壓Vs。對(duì)于單相交流整流用電容濾波，直流電壓不會(huì)超過(guò)交流輸入電壓有效值的1.4倍，也不小于1.2倍。他與電源線路中的電源阻抗，整流器電壓降，儲(chǔ)能電容的等效阻抗，以及負(fù)載大小均有關(guān)，在取1.3。設(shè)交流電壓110V下限為90V，倍壓整流系數(shù)取1.9Vs=90*1.3*1.9=222V(4)選擇工作時(shí)磁通密度值E42/20中心柱磁路的有效面積Ae=140mm2在100Co時(shí)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度是360mT。以一般形狀、材料的鐵氧體磁芯，當(dāng)工作頻率在38k時(shí)，65%的飽和值：Bbc=360*0.65=234mT。實(shí)例說(shuō)明，這時(shí)仍是一個(gè)良好的工作區(qū)間。（5）計(jì)算原邊匝數(shù)因?yàn)樽饔秒妷菏且粋€(gè)方波，一個(gè)導(dǎo)通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系eaconspABtVN式中原邊匝數(shù)；PN。磁心有效面積（）；交變工作磁密（）；導(dǎo)通時(shí)間（）；原邊所加直流電壓（)2mmAmTBstVVeacons計(jì)算得：匝88140234.013222pN（6）計(jì)算副邊匝數(shù)以輸出電壓是5V為例進(jìn)行計(jì)算，設(shè)整流二極管壓降0.7V，繞組壓降為0.6V，則副邊繞組電壓值為5+0.7+0.6=6.3V。原邊繞組每匝伏數(shù)=匝VNVps52.288222副邊繞組匝數(shù)匝5.252.23.6sN由于副邊低壓大電流，應(yīng)該避免使用半匝線圈（除非特殊技術(shù)上需要）考慮到E型磁心磁路可能產(chǎn)生飽和時(shí)，使變壓器調(diào)節(jié)性能變差，因此取2.44的整數(shù)值3匝。（7）計(jì)算選定匝數(shù)下的占空比輔助輸出繞組匝數(shù)因副邊取整數(shù)3匝，反激電壓小于正向電壓，新的每匝的反激電壓是匝。V1.233.6占空比必須以同樣的比率變化來(lái)維持伏秒值相等。sTtson8.1152.21.21.22652.21.21.2對(duì)于12伏直流反饋輸出，考慮繞組及二極管壓降1V后為13V匝）匝（取62.61.213Nf對(duì)于18伏直流輸出，考慮管壓降1V，則輸出18+1=19VNs2=1.219=9匝（8）確定磁心氣隙的大小上面已經(jīng)分析過(guò)，帶氣隙在一個(gè)更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值下才會(huì)產(chǎn)生飽和，因此磁心可經(jīng)受一個(gè)更大的直流成分。另外，當(dāng)H=0時(shí)，rB更小，磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有一個(gè)更大的可用范圍B。最后，有氣隙時(shí)，導(dǎo)磁能力降低，導(dǎo)致每匝的電感量減小，繞組總電感值減小，但氣隙的存在減少磁心里直流成分所產(chǎn)生的磁通。實(shí)際設(shè)計(jì)工作是通過(guò)氣隙大小調(diào)整來(lái)選定能量的傳遞方式。圖11-13示出三種可能方式。圖11-13（a）是完全能量傳遞方式。這種方式傳遞同樣的能量峰值電流是很高的。工作中開關(guān)晶體管、輸出二極管和電容器產(chǎn)生最大的損耗，且變壓器自身產(chǎn)生最大的銅耗（RI2）；圖11-13（b）表示不完全能量傳遞方式。此時(shí)，具有一個(gè)低電流斜率，這是電感較大的緣故。盡管這種工作方式損耗最小，但這大的磁化直流成分和高的磁滯將使大多數(shù)鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生磁飽和。圖11-13（c）表示一個(gè)較好的折中方法，它的峰值電流大小適中峰值與直流有效值的比也比較適中。當(dāng)經(jīng)調(diào)整氣隙，使在合適的氣隙大小下，就能得到這一傳遞方式。工作中噪聲較小，效率也合理。（9）磁心氣隙大小的確定實(shí)用方法：插入一個(gè)常用氣隙，例如0.5mm（0.02英寸）；用一般脈沖寬度控制方法，使開關(guān)電源工作起來(lái)，并在變壓器原邊串入一個(gè)電流探針，緩慢調(diào)整脈沖寬度，使之在額定輸入電壓下有額定負(fù)載，通過(guò)觀察電流特性的形狀，注意小心避免磁心飽和，直到達(dá)到所要求的輸出電壓和電流，注意電流波形的斜率，IpIave0T1T2IpIave0T1T2Ip20T1T2Ip1IaveIT11-13a11-13b11-13c并調(diào)節(jié)氣隙達(dá)到所要求的斜率。（10）氣隙的計(jì)算使用圖11-13原邊電感可通過(guò)電流波形圖的斜率ti按下式求出itVLsp(11.1)在圖11-13（c）中，設(shè)取123ppII，則12ttton時(shí)間內(nèi)電流平均值aveI1111223pppppaveIIIIII(11.2)在周期sT的平均輸入電流sI49.0222110ssVPIA相應(yīng)的值為98.0132649.0onavetIsTsIA，49.021avepIIA，47.1312pPIIA在ont期間電流變化量12ppIIiAAA98.049.047.1，代入（11.1）求出原邊電感PL94.298.010132226itVLspmH一旦已知原邊電感PL和匝數(shù)pN，求出電感系數(shù)LA2ppLNLA（11.3）223321881094.2匝nHAL根據(jù)所選磁心(lg),2042fAEL的一般如圖11-14所示曲線可求得氣隙。如果沒(méi)有曲線，或所得結(jié)果超過(guò)磁路長(zhǎng)度的1%時(shí)，可用下式計(jì)算氣隙：PePgLANl20（11.4）式中)mmlg氣隙長(zhǎng)度（；04710；原邊匝數(shù)pN；)mHLp原邊電感（；)2mmAe磁心面積（。53.094.21408