反激式開關(guān)電源課程設(shè)計

1、目錄第一章 課程設(shè)計的目的 2第二章 課程設(shè)計的要求 2第三章 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(xiàn) 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(dá)到以下幾個目的：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internet廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計的題目方向的文獻(xiàn)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。設(shè)計裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)emi濾 波 電 路整流 濾波 電路輔助 電路反饋 電路高 頻 變 換 器輸 出整 流濾 波控 制 電 路ln+4-16gnd 開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框圖主要技術(shù)數(shù)據(jù)1、交流輸入電壓ac95270v；2、直流輸出5v，1a； 3、輸出紋波電壓0.2v；4、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

3、關(guān)變壓器設(shè)計畫出完整的主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(xiàn)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(xiàn)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

4、題的能力要求學(xué)生在教師的指導(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

5、：1a 0.05a輸出的紋波電壓為0.2v輸出電壓在20%的變化范圍時，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： 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，增加，其變化為，而副邊由于二極管vd的作用，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，副邊電流在反激作用下迅速增大到最大值，然后開始線性減小，其變化為，此時原邊由于開關(guān)管的關(guān)斷，電流

6、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

7、 到的電路如圖3.2所示: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(jī)、電視機(jī)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。式中 u i整流前輸入電壓 u i =380vuo 整流后輸出電壓由于濾波過程的其他原因取 u i =310v二極管承受的壓降為 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

8、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、pwm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:圖3.4 uc3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(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 5v/50 ma。 (2) 振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。t 接在、 ref腳之間， r vct 接、 gnd之間。 頻率 f=1.8/(ctrt), 最大為 5

9、00 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， visense1 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(hù)電路。開通閾值 16 v，關(guān)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

10、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)：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)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，則集成穩(wěn)壓器tl431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，uc38

11、42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：uo1 =5v，io1=1a;uo2 =24v，io2 =50ma反饋電壓和電流uf =20v，if =50ma輸出功率效率=0.9開關(guān)頻率fs=50khz三、計算首先應(yīng)根據(jù)以下公式計算變壓器的電壓比： 式中，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，是輸入直流電壓最大值，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

12、。由于有波動，輸入的波動是20%，所以。取2倍的，故取1288。由于有兩路輸出和一路反饋，所以變壓器變比如下：式中：5的輸出，24的輸出，20的反饋原邊與輸出5的匝數(shù)比。原邊與輸出24的匝數(shù)比。原邊與反饋20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(dá)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為取實際占空比為，計算的值，如下：初級平均電流可由假定效率，所需輸出總功率及最小總線電壓算出。一次側(cè)峰值電流計算一次側(cè)電感值可由法求出所需鐵芯：式中磁芯窗口面積，單位為cm2磁芯截面積單位為cm2 磁芯工作磁感應(yīng)強度，取 =0.3t

13、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。 電流密度，一般取395a/cm2 求得的的值為： 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)較高，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)為按如下公式計算原邊匝數(shù)，即取匝。再根據(jù)原、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、求二次側(cè)匝數(shù)，輸出為5v的二次側(cè)匝數(shù)，取4輸出為12v的二次側(cè)匝數(shù)，取17反饋為20v的二次側(cè)匝數(shù)，取14為了避免磁芯飽和，應(yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)

14、的氣隙，計算如下：繞線的選擇有設(shè)計方案可知在變壓器上有三部分繞組：輸入繞組電流 ,由dc=3.95a/mm2 可得繞線的截面積為第一路輸出繞組電流 i o1 = 1 a .可得出第二路輸出繞組電流 i o2= 0.05a,第二路反饋繞組電流 i o3= 0.05a表1 awg導(dǎo)線規(guī)格表awg裸線截面積圓密耳電阻重量cm2*10-3cir-mil10-6omhs/cmgm/cm214.116812.3418.90.03757223.243640.1531.40.02965232.588510.86660.02372242.047404842.10.01884251.623320.310620.0

15、1498261.28252.613450.01185271.021201.51687.60.00945280.8046158.82142.70.00747290.647127.72664.30.00602300.50671003402.20.00472310.401379.24294.60.00372320.324263.995314.90.00305330.255450.416748.60.00241340.201139.698572.80.00189350.158931.36108490.0015360.126624.98136080.00119370.102620.25168010.00

16、0977380.0810716212660.000773390.0620712.25277750.000593400.048699.61354000.000464410.039727.839434050.000379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?？紤]各方面影響因素，變壓器繞制工藝如下，采用“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

17、器繞制工藝設(shè)計，控制變壓器的漏感，進(jìn)而減小mosfet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(jìn)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0.01f0.47f,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

18、圍是2200pf0.1f。為減小漏電流,電容量不得超過0.1f,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選取共模干擾抑制電感t=20mh共模干擾抑制電容二、 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。試中 -整流電路輸入側(cè)電壓-整流輸出直流電壓考慮10%余量取選取整流二極管由上式知二極管承受的管壓降為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)為輸入直流輸出電壓：輸出總功率為: 效率：開關(guān)頻率：線路主開關(guān)管的耐壓其變壓器計算

19、選取見第四章。輸出側(cè)元器件選?。鹤儔浩鬏敵鰝?cè)電路如下圖：圖5.1 輸出濾波電路（1） 計算輸出濾波電容： 由課設(shè)的要求輸出紋波電壓 0.2v，即輸出紋波電壓的峰峰 ，可根據(jù)輸出誤差估算出：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：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 t510x337mo10as 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：取整則n=48匝

20、（3）選擇二極管v輸出整流二極管耐壓為故選取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輸出整流二極管耐壓為選取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，在tl431的k極的到一個2.5 的基準(zhǔn)電壓，輸出電 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

21、放大系數(shù)傳輸比（ctr）：通常用直流電流傳輸比來表示。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/ if100%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，于是五、控制電路振蕩器的振蕩頻率由外接的電阻和電容決定，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)頻率和電容的關(guān)系如下所示：死區(qū)時間，開關(guān)頻率 ，求得， 。第六章 仿真及結(jié)果一、emi濾波電路其仿真電路如下圖：6-1 emi濾波電路輸入交流電壓及濾波輸出電壓波形如下圖:6-2 輸入輸出波形如果輸入有高頻電壓干擾，

22、通過emi濾波電路其將會被濾掉，結(jié)果輸出波形仍是50hz的交流正弦電壓波。二、 整流電路仿真電路如下圖：圖6-3 整流電路交流輸入電壓波形：整流后輸出直流電壓波形：輸入為380的交流電，整流輸出輸出波形符合計算值結(jié)果。三 反激型電路仿真及結(jié)果圖6.4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(jìn)行精確的占空比控制、溫度補償?shù)膮⒖肌⒏咴鲆嬲`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6.6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