FLYBACK實驗報告

1、課程名稱:實驗名稱:洌戸必象實驗報告開關(guān)電源設(shè)指導(dǎo)老師：成績:反激電路設(shè)計實驗類型:一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┤?、主要儀器設(shè)備（必填）五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理七、討論、心得實驗要求1.使用芯片:UC3844 ;2.輸入要求:單相 AC85V 230V ;3.輸出電壓:4.工作模式:5.控制模式:6.功率要求:1.2.3.專業(yè):姓名:學(xué)號:日期:地點:電子信息工程2013年7月20日玉泉校區(qū)教二 125室同組學(xué)生姓名:二、實驗內(nèi)容和原理（必填）四、操作方法和實驗步驟六、實驗結(jié)果與分析（必填）兩路輸出，紋波峰峰值以及穩(wěn)壓精度小于額定電壓的5%自選，女口 CCM或者DCM ;電流控制模式，DCM或CC

2、M均可。小于20瓦實驗儀器清單單相調(diào)壓器電烙鐵4.雙蹤示波器5.萬用表6.電感測量儀7.實驗所需主要元器件8.通用印刷電路板9.EI28磁芯及配套骨架10.功率 MOSFET11. PWM 控制芯片UC3844反激電路的工作原理A.理想反激變換器工作原理反激電路在開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器儲存能量，負載電流由輸出濾波電容提供;開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將儲存的能量傳送到負載和輸出濾波電容，以補償電容單獨提供負載電流時消耗的能量。Ni：汕P*3D1、D2Q1導(dǎo)通時，所有繞組同名端的電壓相對于異名端為負；輸出整流管反偏，C1、CO單獨向負載供電。C1、co容量的選擇應(yīng)保證提供負載電流的同時能滿足輸出電壓紋波和

3、壓降的要求。Q1導(dǎo)通期間，Np的電壓恒定，其電流線性上升，斜率為di/dt=(Vdc-1)/Lp其中，Lp是初級勵磁電感。在導(dǎo)通結(jié)束之前，初級電流上升達到Ip=(Vdc-1)To n/Lp變壓器儲能為Lp X(|p)2E= 2Q1關(guān)斷時，勵磁電感的電流使各繞組反向，設(shè)此時次級只有一個主次級繞組Nm，無其他輔助繞組。則由于電感電流不能突變，在 Q1關(guān)斷瞬間，變壓器次級電流幅值為N1Ig=Ip y幾個開關(guān)周期之后，次級直流電壓上升到 Vom。Q1關(guān)斷時，Nm同名端電壓為正，電流從該端輸出并線性下降，斜率為 dls?dt= Vom /Ls。其中Ls為次級電感。若次級電流Is再次導(dǎo)通之前降到零，則變壓

4、器存儲的能量在Q1再次導(dǎo)通之前已經(jīng)傳送到負載端，變壓器工作在不連續(xù)模式。一個周期T內(nèi)直流母線電壓提供的功率為P=LP2TIp=(Vdc-1)To n/Lp,則有Vdc Ton 2(Vdc -1)Ton2P =2TLp2TLp由上式可見，只要反饋保持 VdcTon恒定，即可保持輸出恒定。B.實際反激變壓器工作原理U。圖3實際由于各種寄生參數(shù)的存在，如變壓器的漏感、開關(guān)管的源漏極電容等，進步的等效電路如圖3。由于變壓器漏感LIk的存在，必須增加吸收電路，其換流過程比較復(fù)雜。本次設(shè)計即基于這一模型展開。四、反激電路參數(shù)設(shè)計1. 設(shè)計要求1)輸入：單相AC85V265V rms ;2)3)穩(wěn)壓精度：1

5、%4)輸出電壓紋波：2% ;5)負載調(diào)整率：1% （反饋輸出）6)輸入調(diào)整率：1%控制器：UC3845輸出：DC12V/1A & 5V/1A與輸入電氣隔離7）開關(guān)頻率：100K8）滿載情況下，DCM模式9）工作效率：0.852. 整流橋設(shè)計整流橋的主要參數(shù)有反向擊穿電壓，正向壓降，平均整流電流，額定有效值電流,初級紋波電流等。根據(jù)文獻，整流橋的反向擊穿電壓應(yīng)滿足下式要求Vbr 1.2572AC(max)本設(shè)計最大交流電壓是 374.8V，則根據(jù)計算可得:Vbr 1.25/2AC(max) 1.25 72 374.8 662.5V所以應(yīng)選用耐壓值大于 662.5V的整流橋3. 輸入濾波電

6、容設(shè)計電容按照寬范圍的設(shè)計要求即，2u/W，現(xiàn)在輸出功率Po 17w，設(shè)計工作效率為0.85，輸入功率為:則電容為:C=202u=40u在實際工作電路中，使用C=100u以適當減小輸入電壓紋波。4.變壓器設(shè)計FLYBACK直流輸入的范圍為85血V : 262V最小母線電壓的計算:VDCminj2 VLINEmin2 Rn(1 Dch)2 85220 (1 0.2)CDC fL100 106106.1V50因此母線電壓變化范圍為:106.1V 374.8V。1)確定匝比在額定umin106.1V和設(shè)定的占空度為0.45時匝比計算:niU-gUo1 1 D106.1 0.4512.7 (1 0.4

7、5)6.83,2)確定原邊電感量n2Ui Duo2gr_D106.1 0.455.7 (1 0.45)15.23,取n215輸入電壓106.1V，最大占空比為:DmaxnU 01Ui nUo17 12.7106.1 7 12.70.456輸入功率為:RnmaxPomax / eff 2CW原邊平均電流最大值為:I avg maxRn max / VDC min20/106.1V0.189A原邊電流峰值:hpeak2gI avg max / D max2 0.189/0.4560.829A原邊電感量的確定，因為工作在 DCM模式下，故:所以Lp浮1 peakg f sg2 170.8292 10

8、5 0.85582UH3）確定副邊電感量次級線圈電感：Lsi=11.88uHn1Ls2¥2.59uHn24）選擇磁芯材料選擇最大磁通密度為Bmax 0.2T，臨界斷續(xù)時 B Bmax，反激變壓器 Q 0.0085Pj)4/3AP=AcgAw IgBgfs150.0085 0.2 100 1034/30.088cm4通過查閱數(shù)據(jù)手冊，可以得知 EI28型號的磁芯參數(shù)如下:磁芯有效截面積Ac 0.844cm2,E D18 67 2窗口截面積 Aw Fg 12.8- 72.96mm2 0.73cm22 2所以 AP=A wgAc0.616cm4，故可以滿足要求5）確定原副邊匝數(shù)副邊繞組匝數(shù)

9、1 :Wsec1Vsecm in1 gD max =12.7 0.456fsgAcg B = 100 103 0.844 10-40? 3.43原邊匝數(shù):Wpn1gWsec1 7 3.4324.1Wsec2 Wp/n224.1/151.60,為了獲得較好的副邊交叉調(diào)整率,調(diào)整匝數(shù)如下:Wp 48,Wsec17 Wsec2 326）導(dǎo)線線徑和股數(shù)2取電流密度J 6A/mmA.原邊繞組股數(shù)原邊繞組電流有效值為:1 rms2peakIvallay1 212 (I peak Ivallay )gD其中因為此為DCM工作模式，故I vallay 0所以原邊繞組電流有效值為:1 rms0.82920.82

10、92) 0.4560.323 A12所需要的截面積為:所以原邊股數(shù)NpSpriSpriSw1 pri rmsJ0.05383mm2600.6290.332所以取Np 1B.副邊繞組股數(shù)副邊繞組1電流有效值為:1 sec rms1A所需要的截面積為:Ssec1 sec rmsJ1 2-mm6所以副邊的股數(shù)NsSfee rms1/ 6Sw1.9520.33-4所以取Ns 25.開關(guān)器件選擇1)原邊開關(guān)MOSFET U i n(max) n&Uout Uf)60V374.8 7 (12 0.7)600.9Uds 581.8VkVin (max):最大輸入 n1 :匝比60V :考慮器件的電壓

11、過沖(吸收電路的嵌位電壓)k:降額使用的系數(shù)，通常為0.9因此可以選用耐壓為700V的MOSFET作為該電路的開關(guān)管。2)副邊二極管的選擇對于輸出12V/1A的變壓器副邊:UkaUin (max)n1Uoutk265120.972.8V最大電流/平均電流：門21 peak / 1。0.829/15.803A對于輸出5V/1A的變壓器副邊:6.輸出電容的選擇UkaU in (max) n2Ukout265 72c1550.933.32V根據(jù)電流/電壓應(yīng)力，紋波要求，選擇電解電容。(1)輸出電壓12V取輸出電壓紋波V=1% U。1% 12v0.12V則輸出濾波電容值為:C loO-Tsencond

12、)1 (1° 10° 0.456 10 10、453301Vo0.12.(2)輸出側(cè)電壓為5V取輸出電壓紋波V=1% Uo 1% 5v 0.05V則輸出濾波電容值為:Co2 I0gT&l 1(1O1O6oOo456 1O1O6) 108.8UF7.無源RCD鉗位電路引入鉗位電路，目的是消耗漏感對主電路的影響，但如果選擇不合適，有可能消耗初級電感能量。所以鉗位電路參數(shù)R、C的取值對反激變換器的性能好壞有重要的影響。當鉗位電路連接到電路中時，即當功率MOS管關(guān)斷時，二極管D導(dǎo)通時，C被充電，電壓上升。這時對 R、C取值的考慮分為以下幾種情況:a)b)當C取值較大時，C上

13、的電壓緩慢上升，次級反激過沖小，變壓器初級能量不能迅速傳遞到次級。當C值特別大時，電壓峰值小于次級反射電壓，這時鉗位電容C上的電壓值將一直保持在次級反射電壓值左右，即鉗位電阻變?yōu)樗镭撦d，在 整個過程中將一直消耗磁芯的能量，降低變壓器效率。c）當R、C值過小時，因為R、C時間常數(shù)小，在開關(guān)管S下一次開通時，C上的電壓很快會降到次級反射電壓，鉗位電阻都將成為死負載,消耗變壓器的能量。d）當R、C取值合適時，C上電壓在開關(guān)管截止瞬間迅速上升， 二極管D截止，電容C通過電阻R放。在下一次開關(guān)管 S開通瞬間，C上電壓放到接近次級反射電壓,在下一次導(dǎo)通時，C上的能量恰好可以完全釋放完。這時取值鉗位效果較好

14、，但電容峰值電壓大，器件應(yīng)力大，對選擇功率MOS管應(yīng)特別注意，注意留好余量。Ucs鉗位電路的電容損耗為:Rs上消耗的功率為:UDs(max)468.1V"gCVoVf)PCsPrs601L|k I2I1peak 2g avg max / D max7 (12+2)+60=158 V12flk ' ds_ peak 丨 s2U Cs (max)Rs2 0.189/0.4560.829A電容儲能最后全部消耗在電阻上，故Prs Pcs，得到鉗位電阻計算公式:R 2 uCsL|klds_ peak fs10 10 6 0.8292 100 103 2 1582672.6k確定鉗位電容

15、Cs,鉗位電容Cs的值應(yīng)該取得足夠大以保證在吸收漏感能量的時候自身脈動電壓足夠小，現(xiàn)取這個脈動電壓為鉗位電壓的5%，故可以通過下式確定Cs的最小值Ucs46.49CsUcsgRsgfs0.05 46.49 72649 100 10 彳75"/故取Cs lOnF8.芯片外圍電路1） RC振蕩電路振蕩器頻率由定時元件Rt和Ct選擇值確定，電容Ct由5.0V參考電壓通過充電,充電至2.8V，再由一個內(nèi)部電流宿放電至1.2V。因為我們選取的工作頻率為50KHZRC 罟 2fs 2 105RCRC8.6 10 6取 Rt 39K，Ct 220pF2）根據(jù)TL431特性計算Rbias，Rup ,

16、RIowTL431參考輸入端的電流參考值為1.8pA ,為了避免此端電流影響分壓比和避免噪聲的影響，通常取流過電阻RIow的電流為參考輸入端電流的100倍以上，根據(jù)公式計算，取RIow的值為10.2k QRlow證 13.8k根據(jù)TL431的特性，Rup、RIow、Uout、Uref有固定的關(guān)系:Uout1UrefMowRupU out U refU ref上式中，Uref為2.5V，Uout為12V，根據(jù)上式計算得出 Rup = 39k Q 。TL431的工作電流Ika的范圍在1mA100mA，當Rs的電流接近于零（即TLP521的正向電流If為零，Uf小于1.2V）時也必須保證Ika至少為

17、1mA，此時Ubias必然小于1.2V。波形VdsVgsRbias1.20.0011.2k所以我們?nèi)bias為1k Q五、1.A.實驗結(jié)果及其分析Vgs、Vds、Ids 波形滿載情況下Vgs、Vds、Ids波形Vin=110vif 0 n 時輸入電壓Vin(V)Vin=190v：第C；：Vin=265vkUlQL r.T-=- .,"31- 十 iu7 iH »_DLlJ o iMI*眄13-?7 J紳g lU" 気aNM： SLUi.l/IHf 予Xjj-c j彳-卻乂 LI p l'_Ubh_n W - .1卜!、!>l 1 1 L 1,1 w

18、 - -1fwmiuwed盅 hhclTPlp= *i-KM1 L1-Pi i.UNfc:14.11二ERfFC7>iBJ-irAU-nraiikn二前"軒J護肘盤u 9VC.iMcga4ihnI r - n p -P - n I r - r ifri r-F |f-F| “ " p -y 3 iljdr 工胡計 卷 iV*£J;pF - P'W U 屮:;UJi. lLbJ6fl. . ：3mIC5l|L=旳證譏：十 訂 豪 Ml MCdubluer i；£*（i>jnrp"心 1 1ilI- 11htl 11:：'

19、;'!' 'x- '1' BHBHHBBB 4"'4 7 1 1lllllhiillhelllrlll-i+-Hf jI 知予1 1 1"：""" II1Ie :11-411甜11 Fl in*iTHrtnwfl O V*SPIPXME KMWJJI'O 呷¥ *'l lVi萌I ' if芮F甸眉耳喬麗-vdO U'-j *UW5 皿！丄riMiec BfHnfrfl-r >6as-n'rr sfWflT wt.riK'ClE Bfl

20、；Hhl'ft2 =l3d3fi-tn=SJJcWITF h>Rfg? m ;；41：nr»-ti J、.3-“q * 心$ TtsJ *Ag92=U!Aflf：fir Ri a«imt -r1"門訃卜 1 = 1 1丿叭為7 - - Th9 H H aO6L=U!A（A）U!A SriYBilUJUII f二倒卜- sroaf.'? #>Ei110 京百麻咄；時-f P'iT 9f|nPAim n i出曲 lOilO.aOU=U!AO spi <spA 'S臥耒 aC.空載情況下Vgs、Vds、Ids波形結(jié)果分析

21、:隨著輸入電壓的升高，PWM的輸出占空比逐漸減小，MOS管關(guān)斷時兩端的 電壓值升高;隨著負載減?。ㄘ撦d電阻阻值增大），PWM的輸出占空比逐漸減小，MOS管 關(guān)斷時兩端的電壓值相應(yīng)降低;開關(guān)管剛關(guān)斷時，MOS管的寄生電容和Rs發(fā)生振蕩，使Vgs電壓波形產(chǎn)生 振蕩;負載越輕，電路越容易工作在斷續(xù)狀態(tài)下;分析:Pwm輸出方波的頻率為97.7KHZ，滿足工作頻率的要求;RC腳輸入的三角波頻率為133KHZ，與輸出方波頻率不滿足2倍關(guān)系,原因是振蕩RC中的電容值為220pF ,容值很小，使得示波器內(nèi)部的電 容對其產(chǎn)生影響;3. 輸出電壓紋波紋波波形12V輸出側(cè)5V輸出側(cè)負載RlflCL STOP I 匸

22、 3PlffiL CTDPJ 0 LC+X0H "kCUTlTlckHUD5d.3vDUlQfQ 旳寸 uT ie LC 3“= 0 > 譏 MM5MflCL MTDP :S*丹j/ B Ift-bOiiUPieoL rrop如石ij B lc,of!ift艇 trtUCiF創(chuàng)11穆刪Z.祺也DUlQfQ 血nUlime 良e劃心 0>Mi»=HUa53L>3nUTi帕l&.Ohe朗歸nicoL iicf 、f O IG.DMJPlOOL CTDP、hj ,雖v£ffpV '-yy i* i J B LC pDXJ:I'

23、葉4 一沖!,門 ji jAtHfiu r屮上叫嚴.欄也iflUB50rOrrJUi|lirw ie.QGu= mOhCOT虻DUlQfQ 血nUT iffle LG h的心 0 # D d MM;分析：由上圖可知，載越重，輸出電壓紋波越大，因為載重時輸出電流大，輸出端濾波電容的電壓紋波變大，所以輸出電壓紋波變大。4. 輸出電壓結(jié)果記錄輸入電壓Vi n=110V輸出電壓電流功率12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)滿載12.13V4.785V1.098A0.956A14.3204.580WW半載12.09V4.848V0.541A0.484A7.1022.349WW空載11.76V4.91

24、2V0A0.007A0.0010.034WW輸入電壓Vin=190V輸出電壓電流功率12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)滿載12.16V4.785V1.090A0.957A14.334.580WW半載12.13V4.848V0.541A0.484A7.1022.349WW空載12.01V4.912V0A0.017A0.0010.082WW輸入電壓Vin=260V輸出電壓電流功率12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)12V側(cè)5V側(cè)滿載12.13V4.785V1.088A0.957A14.274.580WW半載12.05V4.848V0.539A0.484A7.0442.352WW空載11.77V4.

25、912V0A0.012A0.0020.061WW輸出整流二極管電壓為28V，鉗位電容電壓為 59V, 7號引腳VCC電壓為15.58V5. 輸出電壓性能A.負載調(diào)整率12V輸出側(cè)5V輸出側(cè)Vout(V)1滿載(12 Q)空載Vout(V)滿載(5 Q)空載12.16V11.77V4.785V4.912V調(diào)整率3.207%調(diào)整率2.654%B.交叉調(diào)整率Vin=150VR1212空載R55空載5V 測 Vout4.785V4.779V12V測13.09V9.83VVout調(diào)整率0.125%調(diào)整率24.9%輸入電壓調(diào)整率（兩路輸出滿載）Vin80V260V輸入電壓調(diào)整率Vo（ 5V 側(cè)）4.774

26、V4.785V0.20%Vo (12V11.78V12.13V2.97%側(cè)）C.D.輸入電壓范圍80-265V均能保持輸出穩(wěn)定E.輸出電壓5V側(cè)：額定值4.785V，變化范圍-0.001,0.00512V側(cè)：額定值12.13V，變化范圍-0.04,0.37八、調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法F.滿載輸出功率參數(shù)電壓（V）電流（A）功率（W）5V側(cè)4.7850.9474.58012V側(cè)12.131.09013.22合計17.803.1.2.繞制的時候副邊繞組的同名端方向并沒有合理安排好，使后期在連線的時候會使導(dǎo)線出現(xiàn)交叉。對輔助繞組股數(shù)的選擇上卻沒有詳細思考，想當然地認為其流過的最大電流就是和12V穩(wěn)

27、壓輸出測一致，這里就產(chǎn)生了錯誤。因為輔助繞組的功能是給芯片供電，所需要的電流在毫安級別，所以只需要一股繞線就夠了。開始使用的RCD中的電阻阻值為30K，在工作過程中測得電容兩端的電壓達到了 160V，這么高的鉗位電壓再加上副邊繞組折算到原邊的電壓值很容易使MOS管發(fā)生擊穿。所以后來我們將鉗位電阻更換成阻值為51K歐姆的功率電阻后，鉗位電壓也降到了 59V。4.在自啟動回路的儲能電容兩端沒有并聯(lián)一定阻值的電阻作為假負載，使得該電容兩端的電壓達到了 58V這樣比較高的值，過高的電壓值容易使電容發(fā)生擊穿。在經(jīng)過林壯學(xué)長指導(dǎo)后，我們并接了一個1K歐姆的電阻，電容兩端的電壓也降到了 18V。5.起初我們使用的振蕩電路參數(shù)為 220pF的電容和39K Q的電阻，實際測試中發(fā)現(xiàn)示波器顯示的振蕩頻率為14