單端正激開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、 開關(guān)電源作品設(shè)計(jì)論文設(shè) 計(jì) 題 目： 單端正激開關(guān)電源設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱： 電子與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣091班 姓 名： 陳永杰 學(xué)號(hào)： 09401170131 指 導(dǎo) 教 師： 孔中華 2012 年 5 月 25 日摘要開關(guān)電源非常廣泛地應(yīng)用在通訊、計(jì)算機(jī)、汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是各種電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，而高頻高效小型開關(guān)電源又是開關(guān)電源發(fā)展的必然趨勢(shì)，在通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到了越來越多的廣泛應(yīng)用。 在深入研究分析各種開關(guān)電源原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)導(dǎo)師根據(jù)項(xiàng)目布置

2、的指標(biāo)要求，論文設(shè)計(jì)了一種單端正激式高頻單路輸出開關(guān)電源。該開關(guān)電源的特點(diǎn)是以單端正激式為主拓?fù)?，以電流型控制芯片uc3842和高頻變壓器為核心，采用emi濾波器、mosfet、輸出濾波電路、采樣反饋通道等主要元器件和電路模塊，實(shí)現(xiàn)了單路穩(wěn)定輸出。論文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源輸入為市電220v交流，輸出電壓為10v直流電壓，輸出最大電流為40a，開關(guān)頻率為200khz。論文采用面積乘積法(ap)，確定了高頻變壓器的原副邊形式以及鐵芯材料的選擇，設(shè)計(jì)了輸出電路、系統(tǒng)補(bǔ)償器以及啟動(dòng)電路和emi濾波電路。論文設(shè)計(jì)好后，對(duì)所設(shè)計(jì)的單端正激式高頻開關(guān)電源電路系統(tǒng)進(jìn)行全面仿真，仿真結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。而后

3、，做出實(shí)物，調(diào)試顯示：該開關(guān)電源的輸出電壓調(diào)整特性、負(fù)載調(diào)整率、輸出紋波、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、溫度變化等均滿足了項(xiàng)目的指標(biāo)要求，并且具有良好的過載、短路保護(hù)特性和波形特性，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到信息平臺(tái)的供電要求。關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源； 單端正激式；ap法變壓器目錄摘要ii第1章 緒論11.1 開關(guān)電源簡(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)要求21.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)21.2.2設(shè)計(jì)要求21.2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容2第2章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)32.1 400w單端正激開關(guān)電源總體設(shè)計(jì)方案32.2 具體方案設(shè)計(jì)42.2.1 主電路設(shè)計(jì)42.2.2 基于uc3842控制電路設(shè)計(jì)62.2.3 變壓器設(shè)計(jì)102.2.4 主要開關(guān)變換電路設(shè)計(jì)152.2.

4、5 輔助電源的設(shè)計(jì)19第3章 元件選取223.1 控制元件參數(shù)223.2 變壓器設(shè)計(jì)元件參數(shù)選擇233.2.1 工頻變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)233.2.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)26第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)36參考文獻(xiàn)37附錄38第1章 緒論1.1 開關(guān)電源簡(jiǎn)介電源power supply; power source 向電子設(shè)備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機(jī)能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能.發(fā)電機(jī).電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負(fù)電荷,由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動(dòng)而形成的),電荷導(dǎo)體里本來就有,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)

5、體時(shí)為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去,當(dāng)電荷散盡時(shí),也就荷盡流(壓)消了.干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號(hào)的電子設(shè)備叫做信號(hào)源。晶體三極管能把前面送來的信號(hào)加以放大，又把放大了的信號(hào)傳送到后面的電路中去。晶體三極管對(duì)后面的電路來說，也可以看作是信號(hào)源。整流電源、信號(hào)源有時(shí)也叫做電源。 電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。

6、電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件igbt和mosfet的迅速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。1.2設(shè)計(jì)要求1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)ac-dc-ac-dc高頻單端正激開關(guān)電源，輸入電壓為220v，輸出穩(wěn)定電壓為10v，最大負(fù)載電流有效值為40a。1.2.2設(shè)計(jì)要求a.輸入電壓ac220v(10電壓波動(dòng)），頻率50hz。b.輸出電壓10v(9.5v 10.5v)，輸出電流40a(36 44a)，開關(guān)頻率200khzc.主電

7、路可以自己選擇單端正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。d.要求計(jì)算出選用管子的參數(shù)及變壓器和濾波電感電容的設(shè)計(jì)。e.報(bào)告名稱 單端正激開關(guān)電源設(shè)計(jì)f.具有過流過壓保護(hù)電路，具有一定的帶負(fù)載能力，即在負(fù)載范圍內(nèi)輸出電壓保持穩(wěn)定不變。1.2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容本文詳細(xì)討論和分析了單端正激式開關(guān)電源和電源管理芯片uc3842的基本原理；重點(diǎn)分析了高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法并采用面積乘積（ap）法設(shè)計(jì)了本電源中的高頻變壓器；全面掌握開關(guān)電源的設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的開關(guān)電源電路原理圖；采用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行了全面的仿真驗(yàn)證。并做出實(shí)物，調(diào)試測(cè)量參數(shù)。第2章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)2.1 400w單端正激開關(guān)電源總體設(shè)計(jì)方案圖2.1所示是開關(guān)

8、電源電路的典型結(jié)構(gòu)，它主要由整流濾波電路、dc/dc變換電路、開關(guān)占空比控制電路以及取樣比較電路等模塊構(gòu)成。前級(jí)整流濾波電路用來消除來自電網(wǎng)的干擾，同時(shí)也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散，并將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。變換器是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分，它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。輸出整流濾波電路將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時(shí)還防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾。取樣電路和開關(guān)占空比控制電路通過檢測(cè)輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。圖2.1開關(guān)電

9、源典型結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的基本工作原理：輸入交流電（市電）首先經(jīng)過整流濾波電路形成直流vs，該直流電v。再經(jīng)過通、斷狀態(tài)。如圖2.2(a)所示波形v?？刂频碾娮娱_關(guān)電路后，變換成脈沖狀態(tài)交流電v0（圖2.2(b)），v0再經(jīng)電感、電容等儲(chǔ)能元件構(gòu)成的整流濾波電路平滑后，輸出直流電v0（圖2.2(c)）。顯然，輸出直流v0的大小取決于脈沖狀交流電v0的有效值大?。ǔ烧龋?，而v0的有效值又與開關(guān)的導(dǎo)通占空比dton/t（其中t=ton+toff）成正比。此外，通過取樣比較電路中的取樣電阻r1和r2對(duì)輸出電壓v0取樣，并使之與基準(zhǔn)電壓vref進(jìn)行比較，若取樣電壓高于vref，則比較電路輸出ve減小，取樣

10、控制占空比控制電路，使ton/t下降，從而使v0下降；若取樣電壓低于vref，則比較電路輸出ve增加，使ton/t增加，從而使v0增加，這樣就可以使開關(guān)電源的輸出電壓v0穩(wěn)定在一個(gè)恒定值上。圖2.2開關(guān)電源工作波形2.2 具體方案設(shè)計(jì)2.2.1 主電路設(shè)計(jì)單端正激變換器當(dāng)buck電路的開關(guān)管tr與續(xù)流二極管d之間加入變壓器隔離器t1便得到圖2-3所示的單端正激變換器主回路電路圖。圖2-3 單端正激變換器主回路電路圖由于正激式變換器的隔離元件t1是個(gè)典型變壓器，因此在變壓器副邊電路中必有一個(gè)整流二極管d2和一個(gè)續(xù)流二極管d3，同時(shí)也要注意到變壓器原邊和副邊線圈的同名端有相同的相位。由于是正激工作

11、方式，在兩只二極管后要加一個(gè)電感器l作為能量的儲(chǔ)藏及傳遞元件。一般電感量大些，使得ip較小。變壓器t1的并繞一個(gè)繞組p2與二極管d1串聯(lián)后接至vs，這個(gè)繞組主要起去磁復(fù)位的作用，同時(shí)把漏感存儲(chǔ)的能量回傳給電源。單端正激變換器中的高頻變壓器，其磁通只工作在磁滯回線的第一象限，應(yīng)遵循磁通復(fù)位的原則。但其變壓器不像單端反激變換器的變壓器那樣有儲(chǔ)能作用，因此單端正激變換器的變壓器的設(shè)計(jì)方法與反激式有很大差異。與脈沖變壓器相同，單端變換器的變壓器設(shè)計(jì)必須滿足兩個(gè)條件，一是服從電磁感應(yīng)定律，二是在開關(guān)管導(dǎo)通期間確保磁芯不會(huì)飽和。下面給出計(jì)算公式：原邊繞組匝數(shù)為：式中e為原邊繞組輸入電壓值，d為脈沖占空比，

12、ae是鐵芯截面積（cm2），bm是最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（g），br是剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（g）。為了確保在開關(guān)管導(dǎo)通期間鐵芯不發(fā)生飽和，磁場(chǎng)強(qiáng)度h應(yīng)當(dāng)滿足：，其中，h是磁場(chǎng)強(qiáng)度，lc是鐵芯平均磁路長(zhǎng)度（cm），im是磁化電流（a），lp是原邊繞組勵(lì)磁電感。2.2.2 基于uc3842控制電路設(shè)計(jì)2.2.2.1uc3842的簡(jiǎn)介繼mc1394、an5900之后，人們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。其特點(diǎn)是除內(nèi)部pwm系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。典型的uc3842就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善

13、電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。uc3842是美國(guó)unitrode公司14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。uc3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由5.0v基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、pwm鎖存器、高增益e/a誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率mosfet的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端1為comp端；端2為反饋端；端3為電流測(cè)定端；端4接rt、ct確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在840v；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5v，帶載能力50ma。uc3842是

14、一種電流型開關(guān)電源集成控制器，其最大優(yōu)點(diǎn)是外接元件少，外電路裝配簡(jiǎn)單等。uc3842的管腳配置如圖2-4所示。uc3842采用固定工作頻率脈寬調(diào)制方式，輸出電壓或負(fù)載變化時(shí)僅調(diào)整導(dǎo)通寬度，圖2-5給出了芯片內(nèi)部原理圖。uc3842共八個(gè)引腳，各引腳功能如表2-1。圖2-4 uc3842封裝外形圖2-5 uc3842內(nèi)部功能框圖表2-1 uc3842引腳功能介紹引腳功能1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2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(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度3電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過1v時(shí)縮小脈沖寬度使電源

15、處于間歇工作狀態(tài)4定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(rtct)5公共地端，它是組合的控制電路和電源地6推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)能力為1a7直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mw85v 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50ma 的負(fù)載能力其內(nèi)部基準(zhǔn)電路產(chǎn)生+5v基準(zhǔn)電壓作為uc3842內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得2.5v電壓作為誤差放大器基準(zhǔn)，并可作為電路輸出5v/50ma的電源。振蕩器產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率取決于外接定時(shí)元件，接在4腳與8腳之間的電阻rt與接在4腳與地之間的電容ct共同決定了振蕩器的頻率f=1.8/rtct。反饋電

16、壓由2腳接誤差放大器反相端。1腳外接rc網(wǎng)絡(luò)以改變誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率特性。6腳輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的方波為圖騰柱輸出。3腳為電流檢測(cè)端，用于檢測(cè)開關(guān)管的電流，當(dāng)3腳電壓大于或等于1v時(shí)，uc3842就關(guān)閉輸出脈沖，保護(hù)開關(guān)管不至于過流損壞。uc3842pwm控制器設(shè)有欠壓鎖定電路。其開啟閥值為16v，關(guān)閉閥值為10v。正因如此，可有效地防止電路在閥值電壓附近工作時(shí)的振蕩。 uc3842的最高開關(guān)頻率可達(dá)500khz，其采用圖騰柱輸出電路，能夠提供大電流輸出，輸出電流可達(dá)1a，可直接對(duì)雙極型晶體管和mosfet進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電源，典型值為5.0v，允許有+0.1v的偏差。溫度系

17、數(shù)為0.2mv/，穩(wěn)壓性能好，其電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%/v，能同第二代線性集成穩(wěn)壓器相媲美。啟動(dòng)電流小于1ma，正常工作電流為15ma。帶鎖定的pwm可以進(jìn)行逐個(gè)脈沖的電流限制，具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源，可以進(jìn)行欠壓鎖定。2.2.2.2利用uc3842設(shè)計(jì)單端正激變換器圖2-4所示為uc3842單端正激控制原理圖。圖2-6 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路圖2-6由分壓電阻r18提供分得的電壓接入uc3842的7（vcc）管腳，uc3842啟動(dòng)工作，由6端（output）輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)

18、識(shí)情況，此時(shí)變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng)6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時(shí)反饋線圈向uc3842供電。uc3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別為16v和10v，電源電壓接通之后，當(dāng)7端電壓升至16v時(shí)uc3842開始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流約為15ma。由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如圖43所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的

19、漏極電流將大幅度上升，r6兩端的電壓上升，其中r19和c8組成濾波電路防止脈沖尖峰使電路誤操作，uc3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.3v達(dá)到1v(即電流超過15a)時(shí)，uc3842的pwm比較器輸出高電平，使pwm鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時(shí)，uc3842的腳6無輸出，mos管s1截止，從而保護(hù)了電路8。圖2-7所示為uc3842單端正激變換器原理圖。圖2-7 uc3842單端正激變換器原理圖單端正激變換器濾波電容c的計(jì)算公式為：式中：vo為輸出電壓（v）；d2為關(guān)斷時(shí)間占空比；ts為開關(guān)周期（s）；l為輸出電感（h）；vo為輸出紋波電壓（v）2.2.3 變壓器設(shè)計(jì)2.2

20、.3.1變壓器工作原理變壓器室一種利用互感渦合的電感器件。它由磁芯和繞組組成，磁芯其導(dǎo)磁作用，并使變壓器的電性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大大變好。接輸入端的是初級(jí)繞組，起激磁和從輸入端獲取電能的作用，并通過它將輸入電能轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能。輸出端的是次級(jí)繞組，它將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能供給負(fù)載。變壓器的工作原理，可概括為空載、負(fù)載兩種工作狀態(tài)的三個(gè)物理過程。如圖2-8所示：當(dāng)開關(guān)k在斷開位置時(shí)，匝數(shù)為的初級(jí)繞組，接通交流電源后，變壓器處在空載狀態(tài)。此時(shí)第一個(gè)物理狀態(tài)：初級(jí)繞組產(chǎn)生激勵(lì)電流，磁勢(shì),其產(chǎn)生磁場(chǎng)式中，為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁通量，為磁芯有效長(zhǎng)度，為磁芯有效截面積，為磁芯磁導(dǎo)率，為初級(jí)繞組電流?？蛰d第二個(gè)過程書：據(jù)電磁

21、感應(yīng)定律，磁心里的交變磁通，在初級(jí)繞組兩端產(chǎn)生自感電勢(shì)，在次級(jí)繞組兩端產(chǎn)生互感電勢(shì)，此時(shí)稱為磁生電過程。根據(jù)空載狀態(tài)時(shí)，初級(jí)繞組的自感電勢(shì)的瞬時(shí)值為設(shè)，則可得電壓有效值（其中為波形系數(shù)，為初級(jí)繞組匝數(shù)，為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為磁芯有效截面積，f為電源頻率）由電磁感應(yīng)定律，次級(jí)繞組互感電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為設(shè)，則可得電壓有效值（為次級(jí)繞組匝數(shù)）。設(shè)初、次級(jí)電阻為零，則有，并可得，這是變壓器的變壓原理。將圖2-8中開關(guān)k置于接通位置，變壓器便進(jìn)入負(fù)載狀態(tài)，出現(xiàn)地三個(gè)物理過程：在次級(jí)繞組中互感電勢(shì)使負(fù)載電路流過負(fù)載電流，且，這是變壓器的交變?cè)怼?圖2-8 變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-9 變壓器原理電路圖2.2.3.

22、2變壓器的制作工藝說明繞線a. 確定bobbin的參數(shù) b 所有繞線要求平整不重疊為原則 c 單組繞線以單色線即可,雙組繞線必需以雙色線來分腳位,以免繞錯(cuò) d 橫跨線必需貼膠帶隔離 e.疏繞完全均勻疏開 f. 密繞排線均勻緊密 g. 線圈兩邊與繞線槽邊緣保持足夠的安全距離h. 套管長(zhǎng)度必須足夠,一端伸入繞線管的安全膠帶以內(nèi),另一端伸出bobbin上沿面,但不得靠近pin i. 最外層膠帶切割在鐵芯組合面,切割處必須被鐵芯覆蓋。 j. 膠帶邊緣與繞線槽平齊,膠帶不歪斜,不反摺不破損。 k. 跨越線底下須貼膠帶,保持跨越線與底下線圈絕緣。 纏線a 立式bobbin ：粗線:：0.8以上纏線1圈；細(xì)

23、線0.2-0.8纏線1.5圈；極細(xì)線0.2以下纏線圈。 立式bobbin纏法之原則：纏線盡量壓到底以不超過凸點(diǎn)為原則。 b臥式bobbin ：約纏2-3圈,疏繞不要壓到底,以免焊錫時(shí)燙傷bobbin,如果有寬度限制且規(guī)格嚴(yán)格時(shí)才用此方式，將纏線壓到底后焊錫，再剪邊pin，以減少整個(gè)變壓器的寬度。c 橫式（臥式，bobbin之纏法：約纏2-3圈疏繞，不要壓到底以免焊錫時(shí)燙傷bobbin。 注：如果產(chǎn)品有寬度限制且規(guī)格緊必須將纏線部分剪短時(shí)為特例，此時(shí)即必須將纏線盡量壓到底。 套管一般套管之位置規(guī)則： 外部：套管未端與pin之距離愈短愈好，但切記絕對(duì)不可將套管纏在pin上會(huì)造成空焊現(xiàn)象。 內(nèi)部：a

24、無邊墻配合，平貼bobbin約1/2l的長(zhǎng)度；b.有邊墻配合，套管一定要在檔墻內(nèi)。 檔墻膠帶（margin tape）其寬度及材料不可任意更換，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)變壓器時(shí)其寬度及材質(zhì)都是涉及安規(guī)需特別注意。 檔墻膠帶之寬度：一般需與繞線繞組的高度等高，以防止在繞線時(shí)銅線疊在假墻上，但如果因裝core困難時(shí)有時(shí)會(huì)包約1/2-3/4的高度,但以繞線不疊在假墻為原則. 技巧: 有時(shí)因出入線粗又有套管時(shí)如果會(huì)影響其厚度時(shí)可采用跳過引出線的做法,此時(shí)要特別注意套管的位置,一定要有足夠安全距離(深入假墻之寬度) 此點(diǎn)一定要深入假墻內(nèi)有時(shí)因假墻缺口較大時(shí)或銅箔與m/f并繞時(shí),無明顯判別是否深入假墻或線上m/t時(shí)必須

25、選用與m/t同寬度的安全棒,每顆進(jìn)行測(cè)量. 銅片之繞制原則,一般有以下幾種方式： a. 一圈不接引線,頭尾不可短路,頭尾之間有絕緣材料隔離 b. 一圈接引線,膠帶寬度必需大于銅片的寬度, c.一圈以上之銅片兩根引線 d. 中間抽拓型之銅片,三根引線 理線1） 直立式理線標(biāo)準(zhǔn) a.細(xì)線，粗線均需理滿一圈以上，理線位置介于底座與凸臺(tái)的2/3高處（不足者增加理線圈數(shù)） b.線頭長(zhǎng)不可超過相鄰兩腳距離的一半且最長(zhǎng)不可超過1mm。 c.多組線并繞理線，細(xì)線放在最上層且不可理完一股再理另外一股。 d.如有套管時(shí)，套管的長(zhǎng)度不低于底座 e同槽不同腳理線時(shí)，同向而繞則。 2） 臥式理線標(biāo)準(zhǔn) a.理線平均分布在

26、腳上，線頭至少要超過線腳的一半（不足者增加理線圈數(shù)補(bǔ)足，但最多不可超過線腳長(zhǎng)） b.理線自腳根部理起螺旋向上且最少理滿一圈以上。 c.線頭長(zhǎng)不可超過相鄰兩腳距離的一半且最長(zhǎng)不可超過1mm。 d.多組線并繞理線，細(xì)線放在最上層且不可理完一股再理另外一股。 e.同槽不同腳理線時(shí)，同向而繞則可以且套管的長(zhǎng)度不低于底座，不靠近pin。 焊錫1） 焊錫后pin腳平整光滑，不沾異物。 2） 線頭不高于凸點(diǎn)。 3） 焊錫后bobbin完整，無容損及腳短現(xiàn)象。4） 焊油殘留少，無沾錫，無短路。 5） 膠帶無容損。 6） 焊錫最少焊滿一圈。7） 焊錫后不能有橫向錫尖。 組合1） 鐵芯組合面平整，無歪斜。2） b

27、obbin，core，接線腳保持整潔，無沾附雜質(zhì)及膠類。 3） 認(rèn)清有g(shù)ap的core放在哪個(gè)方向。4） ee，ei，uu型core最大歪斜不可大于0.5mm或1/10core寬度。 2.2.4 主要開關(guān)變換電路設(shè)計(jì)2.2.4.1 濾波電路輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。圖2-10所示濾波電路是一種復(fù)合式emi濾波器，l1、l2和c1構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感l(wèi)3和電容c2、c3進(jìn)行第二級(jí)濾波圖2-10輸入濾波電路c1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻r給電容提供放電回路，避免因電容上的

28、電荷積累而影響濾波器的工作特性。c2、c3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，c2、c3宜選用陶瓷電容器7。2.2.4.2整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。下面分析整流電路時(shí)，為簡(jiǎn)單起見。把二極管當(dāng)作理想元件來處理。即認(rèn)為它的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。電路如圖2.15(a)所示，圖中乃為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓v0變成整流電路要求的交流電壓。是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管d1d4。接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。圖5.1(b)是它的簡(jiǎn)化畫法。在電源電壓

29、v2的正、負(fù)半周（設(shè)a端為正，b端為負(fù)時(shí)是正半周）內(nèi)電流通路分別用圖2-11(a)中實(shí)線和虛線箭頭表示。負(fù)載足，上的電壓v0的波形如圖2-12所示。電流的波形與v0的波形相同。顯然，它們都是單方向的全波脈動(dòng)波形。單相橋式整流電壓的平均值為 圖2-11單相橋式整流電路圖圖2-12單相橋式整流電路波形圖直流電流為i0=0.9v2/rl 在橋式整流電路中，二極管d1、d3和d2、d4。是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為 id=0.5il二極管在截止時(shí)管子承受的最大反向電壓可從圖2.15(a)看出。在v2正半周時(shí)，d1、d3導(dǎo)通，d2、d4截止。此時(shí)所承受到的最大反向電壓均為v2的最大值

30、，即 同理，在v2的負(fù)半周d1、d3也承受同樣大小的反向電壓。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用的較多。2.2.4.3反饋電路 電流反饋電路電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖2-13所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時(shí)值反饋和電流平均值反饋兩路，r2上的電壓反映電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使ur2變化，ur2接入uc3842的保護(hù)輸入端腳，當(dāng)ur21v時(shí)，uc38

31、42芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)r1、r2的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。兩種過流保護(hù)互為補(bǔ)充，使電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率1。圖2-13電流反饋電路電壓反饋電路電壓反饋電路如圖2-14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)r1、r2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓uo升高，集成穩(wěn)壓器tl431的陰極到陽(yáng)極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極

32、管電流增大，即uc3842腳對(duì)地的分流變大，uc3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓uo減小。同樣如果輸出電壓uo減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高10。圖2-14電壓反饋電路2.2.4.4電壓保護(hù)電路圖2-15所示為輸出過電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓管vs的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時(shí)，vs不導(dǎo)通，晶閘管v的門極電壓為零，不導(dǎo)通。當(dāng)輸出過壓時(shí)，vs擊穿，v受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過uc3842控制開關(guān)管關(guān)斷。圖2-15輸出過電壓保護(hù)電2.2.5 輔助電源的設(shè)計(jì)2.2.3.1 lm7815的基本特性lm7815外形封裝與引腳如圖2-16所示。 圖2-16 外形引腳排列圖2.

33、2.3.2 lm7815電氣參數(shù)三端穩(wěn)壓集成電路極限參數(shù)：parameter 參數(shù) symbol 符號(hào) value 單位 input voltage輸入電壓 (for vo =5v to 18v) vi 35 v (for vo =24v) vi 40 v thermal resistance junction-cases熱阻(結(jié)到殼) (to-220) rjc 5 /w thermal resistance junction-air熱阻(結(jié)到空氣) (to-220) rja 65 /w operating temperature range工作溫度范圍 topr 0 +125 storage

34、 temperature range儲(chǔ)存溫度范圍 tstg -65 +150 electrical characteristics 電氣特性 (mc7815)lm7815(參照測(cè)試電路 ,0c tj 125c, io =500ma, vi =23v, ci=0.33f, co=0.1f, 除非另有說明) parameter 參數(shù) symbol 符號(hào) conditions 條件 mc7815 lm7815 單位 最小 典型 最大 output voltage 輸出電壓 vo tj =+25 14.4 15 15.6 v 5.0ma io 1.0a, po 15w vi =17.5v to 30v

35、 14.25 15 15.75 line regulation 線性調(diào)整率 (note1) regline tj =+25 vi =17.5v to 30v - 11 300 mv vi =20v to 26v - 3 150 load regulation 負(fù)載調(diào)整率 (note1) regload tj =+25 io =5ma to 1.5a - 12 300 mv io =250ma to 750ma - 4 150 quiescent current 靜態(tài)電流 iq tj =+25 - 5.2 8.0 ma quiescent current change 靜態(tài)電流變化 iq io

36、=5ma to 1.0a - - 0.5 ma vi =17.5v to 30v - - 1.0 output voltage drift 輸出電壓漂移 vo/t io =5ma - -1 - mv/ output noise voltage 輸出噪聲電壓 vn f =10hz to 100khz, ta =+25 - 90 - v/vo ripple rejection 紋波抑制 rr f =120hz vi =18.5v to 28.5v 54 70 - db dropout voltage 電壓差 vdrop io =1a, tj=+25 - 2 - v output resistanc

37、e 輸出電阻 ro f =1khz - 19 - m short circuit current 短路電流 isc vi =35v, ta=+25 - 250 - ma peak current 峰值電流 ipk tj =+25 - 2.2 - a 2.2.3.3 輔助電源的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路圖如圖2.17所示，變壓整流，芯片lm7815組成，提供uc3825的15v穩(wěn)定電源，保證uc3825正常工作。 圖2-17 輔助電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖第3章 元件選取3.1 控制元件參數(shù)正激式濾波扼流圈的設(shè)計(jì)正激式濾波扼流圈就是正激式變壓器的每個(gè)輸出端上的濾波電感。它的目的就是當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，為負(fù)載儲(chǔ)存能量。電氣上的

38、作用就是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。確定所需最小電感的公式為： 式中，vin(max)為對(duì)應(yīng)的輸出端上整流后的最高峰值電壓；vout為輸出電壓；ton(est)為估計(jì)的最大輸入電壓下，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間；iout(min)為預(yù)先知道的輸出端上負(fù)載最小電流。可以算出四路輸出端所用電感的最小值： 12v輸出端最小電感值l12min=(vin(max)-vout)ton(est)/1.4iout(min)=(20-12v)*1.2s/1.4*4a=2h圖3-1 uc3842單端正激變換器原理圖3.2 變壓器設(shè)計(jì)元件參數(shù)選擇3.2.1 工頻變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)輸入： 輸出： (橋式電路，電容為3300uf)

39、溫度上升為65 k max 絕級(jí)等級(jí)為e級(jí)電路如下圖3-1：圖3-2 ac/dc由于只告訴我們橋式電路的直流電壓和直流電流參數(shù)，因此我們不能直接將負(fù)載電流與負(fù)載電壓之積等于輸出功率，實(shí)際必須通過系數(shù)來轉(zhuǎn)換，根據(jù)我們多年經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際計(jì)算功率如下：由于橋式電路中二極管有電流通過時(shí)，就一定有電壓降ed，大約有0.5v0.8v電壓降，且橋式電路中每次整流時(shí)必須通過2個(gè)二極管，因此約有1v壓降；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式如下：現(xiàn)次級(jí)負(fù)荷交流電壓和交流電流以及實(shí)效功率va概算如下： (0.85系數(shù)是直流變換交流電壓系數(shù)) ( 1.65系數(shù)是直流變換交流電流系數(shù))其中為：是由直流電壓轉(zhuǎn)化相當(dāng)于實(shí)效交流負(fù)荷電壓值； 是由直流

40、電流轉(zhuǎn)化相當(dāng)于實(shí)效交流負(fù)荷電流值； va是由直流負(fù)載功率轉(zhuǎn)化相當(dāng)于交流負(fù)荷功率值。根據(jù)我公司多年累及出來的目錄表，我們可以很快由輸出功率138w得出選用ei83鐵心厚度為50mm鐵心出來，我們通過計(jì)算很快就可知鐵心重量為根據(jù)鐵心面積和磁心的經(jīng)驗(yàn)磁通密度進(jìn)而很得出：當(dāng)為時(shí)我們可選初級(jí)圈數(shù)為570圈，再根據(jù)骨架的窗口面積可迅速計(jì)算出可選取線徑為，通過鐵心磁通密度和繪制的鐵心勵(lì)磁va曲線圖，不難得出此時(shí)為;進(jìn)而得出如下：勵(lì)磁電流（相當(dāng)于空載電流）進(jìn)而得出初級(jí)負(fù)載電流il： 從而可得出電流密度d：根據(jù)實(shí)效功率、電流密度及溫度上升條件可初步設(shè)定電壓變動(dòng)率為7.5%左右，從而得出次級(jí)無負(fù)荷交流電壓；從而次

41、級(jí)卷線（設(shè)定圈數(shù)）：如果次級(jí)線徑與初級(jí)一樣電流密度的話：可得出次級(jí)線徑為根據(jù)上述骨架形狀及計(jì)算方法可出：初級(jí)平均卷線長(zhǎng)l： 次級(jí)平均卷線長(zhǎng)l： 由線徑與電阻曲線對(duì)應(yīng)表： 銅線電阻：; 銅線電阻：初級(jí)直流電阻 次級(jí)直流電阻 次級(jí)自身銅線電壓降： 初級(jí)自身銅線電壓降： 次級(jí)負(fù)載電壓：因此通過計(jì)算不難得出次級(jí)變動(dòng)率這與之前設(shè)定的變動(dòng)率7.5%不一致，必須再次進(jìn)行調(diào)整圈數(shù)來達(dá)到目的， 上述只是一個(gè)參計(jì)算式，真正要在直流負(fù)荷場(chǎng)里準(zhǔn)確計(jì)算出來，必須通過直流負(fù)載曲線來作進(jìn)一步調(diào)整計(jì)算：線圈本身電壓降所耗電阻橋式電路中的二極管壓降， 二極管所對(duì)應(yīng)的電阻 上述兩個(gè)電阻之和 當(dāng)負(fù)荷時(shí)存在電阻兩者之間比值：橋式電路

42、中，必須是2倍；兩者實(shí)際比值；對(duì)于曲線所用的參數(shù)n代表橋式電路中所經(jīng)過的二極管的個(gè)數(shù)必須是為2； ； 為電容容量； 為直流電阻；因此根據(jù)以上參數(shù)：由圖1可找得出； 進(jìn)而得出：修正后次級(jí)圈數(shù)為由圖2可得出 (k=0.707 當(dāng)橋式電路中) 實(shí)效功率初級(jí)負(fù)荷電流修正后的電阻： 全部銅損鐵心損耗（勵(lì)磁損耗）由數(shù)據(jù)表可查出散熱表面積小于75k max進(jìn)而可滿足溫升要求設(shè)計(jì)。所以符合。3.2.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)中的頻率為200khz(t：周期， )最大開關(guān)時(shí)間確定正向時(shí)最大占空比為0.40.45，現(xiàn)在確定最大占空比0.42二次電壓輸出計(jì)算扼流線圈壓降，為二極管正向壓降最低二次電壓 輸入直流電壓的

43、最小值為按輸入電路計(jì)算求得的值。在該設(shè)計(jì)例中，設(shè)，則：=0.534一次線圈的圈數(shù)和最大工作磁通密度的關(guān)系可用下式表示。一二次線圈圈數(shù)計(jì)算s為磁芯有效面積ei-28,這時(shí)的有效截面積為 殘留磁通隨磁芯溫度和工作頻率發(fā)生變化，當(dāng)磁芯溫度為100c，工作頻率200khz的約減少1000高斯而為高斯。根據(jù)上式，二次線圈的圈數(shù)是一次線圈的圈數(shù)則是圈數(shù)計(jì)算中，如出現(xiàn)尾數(shù)時(shí)，進(jìn)位處理。確定時(shí)，二次線圈所需電壓一定要充分，因此要進(jìn)行的修正計(jì)算，根據(jù)前面已表示的關(guān)系式輸出濾波器計(jì)算l為濾波電感,為輸出電流的10%30%，計(jì)算取值為20%流向電容器的紋波電流可由下式求出：設(shè)主開關(guān)的耐壓為,使用率為80%，則。,根據(jù)上式則在這個(gè)式子里，如果和線圈間的耦合不好，則在斷開瞬間所發(fā)生的尖峰電壓會(huì)因漏磁而增大，此外，如果時(shí)間的最大值不能滿足下列關(guān)系式，則就會(huì)飽和，且有過大電流流向一次線圈。還有，即使在輸入條件發(fā)生瞬態(tài)變動(dòng)，急劇擴(kuò)大時(shí)，也要確定或，以使?jié)M足下式的條件。圖b中變壓器儲(chǔ)存的能量通過電阻消耗，開通時(shí)儲(chǔ)存在變壓器中的能量設(shè)的電壓為,則消耗的熱能為加在上的峰值電壓為的值為如果為500v，那么80%的使用率為400v最小開通時(shí)間求電感時(shí)，