基于PWM反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì) (1) - 副本 - 副本

1、課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱PWM單象限降壓型DC-DC變換電路設(shè)計(jì)專 業(yè)自動化班 級1391學(xué) 號02姓 名李洪波指導(dǎo)老師李翔來2015年12月18日 目 錄目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的與意義3 2.1 課程設(shè)計(jì)的目的3 2.2 課程設(shè)計(jì)的意義42 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容43 設(shè)計(jì)方案6 3.1 設(shè)計(jì)裝置的主要技術(shù)數(shù)據(jù)6 3.2 UC3842組成的反激式電源開關(guān)6 3.3 EMI濾波電路8 3.4 整流濾波電路的設(shè)計(jì)8 3.5 高頻變壓器的設(shè)計(jì)8 3.6 控制電路的選擇8 3.7 反饋電路的設(shè)計(jì)8 3.8 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)8 3.9 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)84 參考文獻(xiàn)95 心得

2、體會91 課題設(shè)計(jì)的目的和意義1.1 課題設(shè)計(jì)的目的電源電壓的變換，要有一種基礎(chǔ)的技術(shù)，使得變換簡單，成本低，體積重量小、容易控制輸出電壓、變換方式等，由此，產(chǎn)生了一種電源變換技術(shù)，叫做開關(guān)電源技術(shù)，最早開始應(yīng)用也就是上世紀(jì)90年代初，這種技術(shù)的核心就是先將電壓能量統(tǒng)一變成直流，然后切成間隔脈沖，通過脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)控制能量輸出多少，來調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，由于這種方法去掉了變壓器，所以體積減小重量減輕，控制簡單。當(dāng)然，帶來的問題是紋波較大（與模擬電源比較大）。1.2 課題設(shè)計(jì)的意義開關(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

3、器等電子電路中得到了廣泛應(yīng)用。 UC3842是美國Unitrode公司(該公司現(xiàn)已被 TI公司收購)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、外圍電路簡單、安裝調(diào)試簡便、性能優(yōu)良等諸多優(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)動器件。 反激式開關(guān)電源電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看做是一對相互耦合的電感，其工作過程是：開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級繞組的電流線性增長，電感儲能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過次級繞組和V向輸出端釋放. 開關(guān)穩(wěn)壓電源被譽(yù)為

4、 “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、集成化方向發(fā)展，高效率的開關(guān)穩(wěn)壓電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。 2 課題設(shè)計(jì)的主要內(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 設(shè)計(jì)方案3.1 設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

5、 圖3-1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 1、交流輸入電壓AC220V。 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95270V變化時(shí)，輸出電壓誤差0.03V。 3.2 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能元件的作用，可以看做是一對相互耦合的電感，其工作過程是：開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級繞組的電流線性增長，電感儲能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過次級繞組和V向輸出端釋放。 圖3-2是反激式開關(guān)電源原理圖，

6、其中的控制芯片采用UC3842。電源的輸出電壓等級有三種：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。 圖3-2反饋比較電路信號是從輔助繞組3經(jīng)過V1、 V2、 3、 4等整流濾波后得到的VCC分壓提取的。6、 7構(gòu)成信號的有源濾波。開關(guān)管電流被10取樣后，經(jīng)9、 7濾波，送芯片ISENSE端，當(dāng)反饋信號值超過閾值1 V時(shí)，確認(rèn)過載，關(guān)斷電源輸出。芯片輸出部分由OUT端驅(qū)動單MOSF

7、ET管，8、 V3對開關(guān)管有電壓鉗位作用。 3.3 EMI濾波電路 為減小體積、降低成本,單片開關(guān)電源一般采用簡易式單級EMI濾波器,典型電路圖3-3所示。圖中的L、C1和C2用來濾除共模干擾,C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電阻,可將C3上積累的電荷泄放掉,避免因電荷積累而影響濾波特性;斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電,保證使 用的安全性。 圖3-3 單級EMI濾波器典型電路 3.4 整流濾波電路的設(shè)計(jì) 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，其整流電路就是單相不可控整流電路。 電容濾波的單

8、相不可控整流電路，在空載時(shí)，R=，放電時(shí)間常數(shù)為無窮大，輸出的電壓最大，Ud=U2。 在此后的電路中，涉及到選管子，選型號，故此處的電壓取最大值，即整流后的值Ud=U2=*220V=310V。3.5 高頻變壓器的設(shè)計(jì) 反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù) (1)計(jì)算原邊繞組流過的峰值電流Ipk。 (2)求出原邊繞組的電感值。 (3)求Dmin。 (4)選擇磁芯尺寸。 (5)計(jì)算氣隙長度Ig。 (6)原邊繞組匝數(shù)計(jì)算。 (7)檢測磁芯窗口面積。 (8)檢測磁芯刺痛密度和飽和區(qū)間。 3.6 控制電路的選擇 控制電路方面選擇UC3842芯片，UC3842是單電源供電，

9、帶電流正向補(bǔ)償，單路調(diào)制輸出的集成芯片。前面我們已經(jīng)對UC3842的原理、特點(diǎn)和工作性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，這里著重分析一下參數(shù)的選擇。 3.7 反饋電路的設(shè)計(jì) (1)電壓反饋電路 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)1、 2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o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的腳對地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓o減小。同樣, 如果輸出電壓減小，則可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。 參數(shù)計(jì)算：分壓電阻取27k。 光耦器件選擇PC817

10、穩(wěn)壓管選型TL341。 (2)輸出電流反饋過流保護(hù)電路是由R10、R9以及C9組成。R9上的電壓反映了電流瞬時(shí)值，當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電流時(shí)，開關(guān)管S1漏極的電流會增大Ur9會增大，Ur9接入U(xiǎn)C3842的保護(hù)輸入端腳，當(dāng)Ur9=1V時(shí)，UC3842芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)R10和R9的分壓比可以改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期保護(hù)比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。3.8 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) (1)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

11、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。 (2) 輸入欠壓過壓保護(hù) 當(dāng)輸入過電壓時(shí)，首先經(jīng)過C1,C2的濾波再經(jīng)過R1,R2的分壓接入運(yùn)算放大器的正向輸入端，與+5V的基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)輸入欠電壓時(shí)，經(jīng)過R2,R3的分壓，與基準(zhǔn)電壓相比較，運(yùn)放輸出一個(gè)負(fù)脈沖，經(jīng)過與非門，D觸發(fā)器使脈沖鎖存，再經(jīng)過驅(qū)動電阻R4使三極管導(dǎo)通，通電延時(shí)的時(shí)間繼電器開始工作，其常閉觸點(diǎn)在主電路中，延時(shí)后斷開，起到輸入欠壓過壓保護(hù)。3.9 輸出整流濾波電路設(shè)計(jì) 圖3-4 輸出電壓經(jīng)過二極管的半波整流以及LC濾波輸出穩(wěn)定的直流5V1A，15V0.5A 。 參數(shù)的計(jì)算，二極管承受的反壓為輸出

12、電壓Uo，最大不超過15V，所以二極管選型MBR1625,LC濾波電路L取值為150uH,電容C9=220uF,電容C10=1000uF。4 參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)（第四版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20082 方宇等.三相高功率因數(shù)電壓型PWM整流器建模與仿真J.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2006,21（10）：44-493 張純江，顧和榮，王寶誠等.基于新型相位幅值控制的三相PWM整流器數(shù)學(xué)模型J.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003,23（7）：28-314 全安基于UC3842開關(guān)電源的分析及應(yīng)用J遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6：133-1345 邱進(jìn)， 陳軒恕，劉飛，張冰，何妍基于IGBT的電壓型逆變器輔助開關(guān)電源的設(shè)計(jì)J電工技術(shù)，2008，10：61-62.6 胡君臣 用UC3 842芯片設(shè)計(jì)開關(guān)電源J儀表技術(shù)，2005，3：79-80電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)評分標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)項(xiàng)目評價(jià)優(yōu)良中