本科生畢業(yè)論文-開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

1、咔嚓大學(xué)本科生畢業(yè)論文開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究 Switching Power Supply System Design And Implementation Of Research學(xué)生姓名葉賽賽所在專業(yè)電子信息工程所在班級(jí)電子1092班申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師王繼雞職稱副教授副指導(dǎo)教師職稱答辯時(shí)間2013年 6 月 1日目 錄 TOC o h z HYPERLINK l _Toc357378088 摘 要 PAGEREF _Toc357378088 h I HYPERLINK l _Toc357378089 ABSTRACT PAGEREF _Toc357378089 h II HYPER

2、LINK l _Toc357378090 第1章 前言 PAGEREF _Toc357378090 h 1 HYPERLINK l _Toc357378091 1.1 課題背景及研究意義 PAGEREF _Toc357378091 h 1 HYPERLINK l _Toc357378092 1.2 課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo) PAGEREF _Toc357378092 h 1 HYPERLINK l _Toc357378093 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展水平與存在問(wèn)題 PAGEREF _Toc357378093 h 2 HYPERLINK l _Toc357378094 1.4 本章小結(jié) PA

3、GEREF _Toc357378094 h 3 HYPERLINK l _Toc357378095 第2章 系統(tǒng)方案論證及工作原理 PAGEREF _Toc357378095 h 4 HYPERLINK l _Toc357378096 2.1 設(shè)計(jì)方案論證 PAGEREF _Toc357378096 h 4 HYPERLINK l _Toc357378097 開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc357378097 h 4 HYPERLINK l _Toc357378098 2.1.2 開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 PAGEREF _Toc357378098 h 4 HYPERLINK l

4、 _Toc357378099 反激式變換器工作原理 PAGEREF _Toc357378099 h 4 HYPERLINK l _Toc357378100 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 PAGEREF _Toc357378100 h 5 HYPERLINK l _Toc357378101 2.4 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc357378101 h 6 HYPERLINK l _Toc357378102 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357378102 h 6 HYPERLINK l _Toc357378103 第3章 系統(tǒng)部件介紹 PAGEREF _Toc357378103 h 7 HYPERL

5、INK l _Toc357378104 開關(guān)器件的特征 PAGEREF _Toc357378104 h 7 HYPERLINK l _Toc357378105 電力二極管 PAGEREF _Toc357378105 h 7 HYPERLINK l _Toc357378106 絕緣柵雙極性晶體管（IGBT） PAGEREF _Toc357378106 h 8 HYPERLINK l _Toc357378107 器件TL431 PAGEREF _Toc357378107 h 9 HYPERLINK l _Toc357378108 光耦器件PC817 PAGEREF _Toc357378108 h

6、10 HYPERLINK l _Toc357378109 3.6 UC3842簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc357378109 h 10 HYPERLINK l _Toc357378110 3.6.1 UC3842的引腳及其功能 PAGEREF _Toc357378110 h 11 HYPERLINK l _Toc357378111 3.6.2 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc357378111 h 12 HYPERLINK l _Toc357378112 3.6.3 UC3842的使用特點(diǎn) PAGEREF _Toc357378112 h 13 HYPERLINK l _Toc

7、357378113 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357378113 h 14 HYPERLINK l _Toc357378114 第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378114 h 15 HYPERLINK l _Toc357378115 4.1 反激式高頻變壓器設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378115 h 15 HYPERLINK l _Toc357378116 輸入過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378116 h 18 HYPERLINK l _Toc357378117 輸入電磁干擾濾波設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378117 h 19

8、 HYPERLINK l _Toc357378118 輸入整流濾波設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378118 h 19 HYPERLINK l _Toc357378119 4.5 輸出整流濾波 PAGEREF _Toc357378119 h 20 HYPERLINK l _Toc357378120 4.6 輸出電壓反饋設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357378120 h 21 HYPERLINK l _Toc357378121 脈沖調(diào)制設(shè)計(jì)和過(guò)電流保護(hù) PAGEREF _Toc357378121 h 22 HYPERLINK l _Toc357378122 反激式變換器RCD緩沖器設(shè)計(jì)

9、PAGEREF _Toc357378122 h 23 HYPERLINK l _Toc357378123 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357378123 h 23 HYPERLINK l _Toc357378124 第5章 電路的安裝與調(diào)試 PAGEREF _Toc357378124 h 24 HYPERLINK l _Toc357378125 5.1 制作電路 PAGEREF _Toc357378125 h 24 HYPERLINK l _Toc357378126 電路的工作過(guò)程 PAGEREF _Toc357378126 h 24 HYPERLINK l _Toc357378127

10、調(diào)試電路 PAGEREF _Toc357378127 h 25 HYPERLINK l _Toc357378128 5.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357378128 h 25 HYPERLINK l _Toc357378129 第6章 智能化開關(guān)電源的研究 PAGEREF _Toc357378129 h 26 HYPERLINK l _Toc357378130 6.1 智能化開關(guān)電源的發(fā)展 PAGEREF _Toc357378130 h 26 HYPERLINK l _Toc357378131 6.2 設(shè)計(jì)原理 PAGEREF _Toc357378131 h 26 HYPERLIN

11、K l _Toc357378132 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357378132 h 27 HYPERLINK l _Toc357378133 結(jié) 論 PAGEREF _Toc357378133 h 28 HYPERLINK l _Toc357378134 鳴 謝 PAGEREF _Toc357378134 h 29 HYPERLINK l _Toc357378135 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc357378135 h 30 HYPERLINK l _Toc357378136 附 錄 PAGEREF _Toc357378136 h 31 HYPERLINK l _Toc35737

12、8137 附錄1 電路系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc357378137 h 31摘 要開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)在，開關(guān)電源代表了穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要從主電路開始，功率變換電路是開關(guān)電源的核心，起到了至關(guān)重要的作用。本設(shè)計(jì)研究的主要重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)高頻變壓器，以反激式變換器為核心，用芯片UC3842進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生五路直流電源輸出。本設(shè)計(jì)部分詳細(xì)給出了整個(gè)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要設(shè)計(jì)包括反激式變壓器的設(shè)計(jì)、電磁干擾濾波設(shè)計(jì)、輸入輸出整流濾波設(shè)計(jì)、脈寬調(diào)制控制電路設(shè)計(jì)

13、、輸出電壓反饋設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：反激式；高頻變壓器；UC3842ABSTRACTSwitch power supply is a new type of power supply equipment, compared with the traditional linear power supply, its high technical content, low energy consumption, easy to use, and achieved good economic benefits. Now, represents the development direction of reg

14、ulated power supply, switch power supply has become the mainstream of regulated power supply products. Design should begin from main circuit of switch power supply, power conversion circuit is the core of switching power supply, has played a vital role. The main focus of this design study is to desi

15、gn high frequency transformer, the flyback converter with as the core, using the PWM chip UC3842, produce five road dc power output.This design gives the whole design process of switch power supply in detail, the main design including the design of the flyback transformer, emi filter design, the inp

16、ut and output rectifier filter design, PWM control circuit design, the output voltage feedback design.Keywords: Flyback Type; High-frequency Transform; UC3842開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究電子信息工程，200811611232，葉賽賽指導(dǎo)教師：王繼雞第1章 前言1.1 課題背景及研究意義 21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，信息化的快速發(fā)展使得人們對(duì)于電子設(shè)備、產(chǎn)品的依賴性越來(lái)越大，而這些電子設(shè)備、產(chǎn)品都離不開電源。開關(guān)電源相對(duì)于線性電源具有效率、體積、

17、重量等方面的優(yōu)勢(shì)，尤其是高頻開關(guān)電源正變的更輕，更小，效率更高，也更可靠，這使得高頻開關(guān)電源成為了應(yīng)用最廣泛的電源。與線性電源相比，開關(guān)電源在絕大多數(shù)性能指標(biāo)上都具有很大優(yōu)勢(shì)。因此，目前除了對(duì)直流輸出電壓的紋波要求極高的場(chǎng)合以外，開關(guān)電源已經(jīng)全面取代了線性電源。開關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來(lái)的效益是使開關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化，另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。1.2 課題研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)本研究是以反激式變換器作為開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用脈沖寬度調(diào)

18、制（Pulse Width Modulation）控制功率晶體管或功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換,實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%以上。關(guān)鍵的部件如下：（1）高頻變壓器設(shè)計(jì)：高頻變壓器具有能量傳輸、電壓變換和電氣隔離三項(xiàng)功能，是開關(guān)電源的核心部件，其設(shè)計(jì)計(jì)算也最為復(fù)雜。（2）脈沖寬度調(diào)制：通過(guò)UC3842芯片，產(chǎn)生脈沖控制功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，能有效防止高頻變壓器的磁飽和，提高了開關(guān)電源的可靠性。（3）輸出電壓反饋電路：通過(guò)TL431、PC817C芯片構(gòu)成電壓反饋電路，穩(wěn)定輸出。（4）電磁干擾（EMI）濾波電路：通過(guò)共模電感、電容構(gòu)成濾波電路，抑制輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)，防止對(duì)電源干擾

19、，同時(shí)防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。（5）整流濾波電路：包括工頻（50HZ）整流濾波電路和高頻整流濾波。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展水平與存在問(wèn)題自20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局以小型化重量輕為目標(biāo)而為搭載火箭開發(fā)首個(gè)開關(guān)電源以來(lái)，在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展中，開關(guān)電源逐步取代了傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)設(shè)備中。隨著集成電路的發(fā)展，開關(guān)電源逐漸向集成化方向發(fā)展，趨于小型化和模塊化。近20年來(lái)，集成開關(guān)電源沿兩個(gè)方向發(fā)展。第一個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電源的控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。1977年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路，美國(guó)Motorola公司、Silicon Genera

20、l公司、Unitrode公司等相繼推出一系列PWM芯片。近些年來(lái)，國(guó)外研制出開關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二個(gè)方向是實(shí)現(xiàn)中、小功率開關(guān)電源單片集成化。1994年，美國(guó)電源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔離式PWM型單片開關(guān)電源，其屬于AC/DC電源變換器。之后相繼推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列產(chǎn)品。意-法半導(dǎo)體公司最近也開發(fā)出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率單片電源系列產(chǎn)品，并得到廣

21、泛應(yīng)用1。目前，單片開關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。單片開關(guān)電源自問(wèn)世以來(lái)便顯示出強(qiáng)大的生命力，其作為一項(xiàng)頗具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。單片開關(guān)電源具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，現(xiàn)己成為開發(fā)中小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。與國(guó)外開關(guān)電源技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)從1977年才開始進(jìn)入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對(duì)落后。目前國(guó)內(nèi)DC/DC模塊電源市場(chǎng)主要被國(guó)外品牌所占據(jù)，它們覆蓋了大功率模塊電源的大部分以及中小功率模塊電源一半的市場(chǎng)。但是，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)口中小功率模塊電源正在快速被國(guó)產(chǎn)DC/

22、DC產(chǎn)品所代替。開關(guān)電源的使用為國(guó)家節(jié)省了大量銅材、鋼材和占地面積。由于變換效率提高，能耗減少，降低了電源周圍環(huán)境的室溫，改善了工作人員的環(huán)境。我國(guó)郵電通信部門廣泛采用開關(guān)電源極大地推動(dòng)了它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。值得指出的是，近兩年來(lái)出現(xiàn)的電力系統(tǒng)直流操作電源，是針對(duì)國(guó)家投資4000億元用于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的供電工程改造、提高輸配電供電質(zhì)量而推出的，它已開始采用開關(guān)電源以取代傳統(tǒng)的相控電源。國(guó)內(nèi)一些通信公司如中興通訊等均已相繼推出系列產(chǎn)品。 目前，國(guó)內(nèi)開關(guān)電源自主研發(fā)及生產(chǎn)廠家有300多家，形成規(guī)模的有十多家。國(guó)產(chǎn)開關(guān)電源已占據(jù)了相當(dāng)市場(chǎng)，一些大公司如中興通訊自主開發(fā)的電源系列產(chǎn)品已獲得廣泛認(rèn)同，在

23、電源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中頗具優(yōu)勢(shì)，并有少量開始出口。 目前市場(chǎng)上?ClassID=10910開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫；采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。對(duì)于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)方式的兆赫級(jí)變換器已經(jīng)實(shí)用化。開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下四個(gè)方面。一、小型化、薄型化、輕量化、高頻化HYPERLINK :/www elc /ProductShop/ShowCla

24、ss.asp?ClassID=10910開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積；在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。二、高可靠性Class.asp?ClassID=10910開關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問(wèn)題

25、，也增加了保護(hù)等功能，簡(jiǎn)化了電路，提高了平均無(wú)故障時(shí)間。三、低噪聲開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大。單純地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。四、采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制采用CAA和CDD技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù)，使開關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。HYPERLINK :/www elc /ProductShop/ShowClass.asp?ClassID=10910開關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性

26、元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等，對(duì)于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用。開關(guān)電源被譽(yù)為高效能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了高頻變壓器和控制集成電路的開關(guān)電源更具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高等特性，是今后電源的發(fā)展趨勢(shì)。1.4 本章小結(jié) 本章介紹了課題的來(lái)源、研究的意義和內(nèi)容，以及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求和目標(biāo)，同時(shí)還簡(jiǎn)述了本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問(wèn)題，并

27、擬定本設(shè)計(jì)應(yīng)著重解決的主要問(wèn)題。第2章 系統(tǒng)方案論證及工作原理2.1 設(shè)計(jì)方案論證開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案方案一： 采用反激式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)集成化芯片UC3842產(chǎn)生脈沖控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,同時(shí)利用芯片TL431和光耦器件PC817C構(gòu)成反饋電路,穩(wěn)定輸出。方案二：采用反激式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)集成化芯片UC3842產(chǎn)生脈沖控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,同時(shí)輔助電源輸出電壓分壓作為芯片UC3842的反饋電壓，構(gòu)成反饋電路，穩(wěn)定輸出。方案三：采用半橋式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)集成化芯片TL494產(chǎn)生雙路脈沖控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，同時(shí)利用芯片TL431

28、和光耦器件PC817C構(gòu)成反饋電路，穩(wěn)定輸出。 開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證方案一：采用反激式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路簡(jiǎn)單，所用元件器件少，適合于多路輸出電壓的場(chǎng)合使用，但輸出功率不大；芯片UC3842外圍電路簡(jiǎn)單，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件；用芯片TL431和線性光耦器件PC817C構(gòu)成反饋電路，電源輸出電壓穩(wěn)定，帶負(fù)載能力強(qiáng)。方案二：采用反激式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路簡(jiǎn)單，所用元件器件少，適合于多路輸出電壓的場(chǎng)合使用，但輸出功率不大；芯片UC3842外圍電路簡(jiǎn)單，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件；利用輔助電源輸出電壓分壓構(gòu)成反饋電路，采樣電路簡(jiǎn)單，容易布線，但當(dāng)電源負(fù)載變化較大時(shí)

29、，基本上不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，該電路適用于針對(duì)某種固定負(fù)載輸出。方案三:采用半橋式變換器作為電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出功率大，但功率開關(guān)管需要互相隔離，驅(qū)動(dòng)脈沖要采用高頻變壓器耦合，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；芯片TL494是一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制器件，具有兩路輸出，適合應(yīng)用在半橋開關(guān)電源中。綜上分析，本設(shè)計(jì)采用第一種方案，做成具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的開關(guān)電源，電路簡(jiǎn)單易行，節(jié)約成本。 反激式DC/DC變換器的簡(jiǎn)化電路如圖2-1所示，脈寬調(diào)制信號(hào)控制功率開關(guān)管VT的導(dǎo)通與截止。當(dāng)功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在一次繞組LP上，一次電流逐漸增大，并在一次繞組中儲(chǔ)存能量。此時(shí)由電容C對(duì)負(fù)責(zé)放電，負(fù)載電流為Io；當(dāng)功率開關(guān)管截止時(shí)，二次

30、繞組產(chǎn)生電流Is,Is經(jīng)過(guò)整流二極管VD向輸出電容C和負(fù)載RL供電。通過(guò)控制功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，可使輸出電壓Uo維持恒定。在反激式DC/DC變換器中，高頻變壓器一次繞組的同名端與二次繞組的同名端位置相反。高頻變壓器就相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能電感，在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)不斷地儲(chǔ)存能量和釋放能量?！?】 圖2-1 反激式DC/DC變換器的簡(jiǎn)化電路2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖開關(guān)電源電路主要由輸入電磁干擾濾波器電路、輸入整流/濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流/濾波電路和輸出電壓反饋電路組成。圖2-.2所示是其電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖2-2電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)是采用反激式變換器作為開關(guān)

31、電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)芯片UC3842進(jìn)行脈寬調(diào)制，控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從而降低功率管的損耗，產(chǎn)生五路直流電源輸出，使輸出帶負(fù)載能力強(qiáng)，支持大電流的器件工作。輸入的交流電源首先經(jīng)過(guò)熔絲管、由電容和共模電感構(gòu)成的電磁干擾濾波電路，再通過(guò)整流橋和濾波電容電路產(chǎn)生直流電壓UI，接高頻變壓器的一次繞組一端；通過(guò)UC3842產(chǎn)生固定頻率的脈寬，控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，功率開關(guān)管的柵極接UC3842的輸出引腳，功率開關(guān)管的漏極接高頻變壓器的一次繞組的另一端，從而控制高頻變壓器的工作時(shí)間。高頻變壓器的二次繞組電壓經(jīng)過(guò)整流二極管、電容和電感整流濾波，獲得輸出電壓Uo。由于輸出電壓不穩(wěn)定，需要

32、加反饋電路穩(wěn)定輸出電壓。通過(guò)方案探討，本研究采用tl431和線性光耦器件pc817構(gòu)成反饋電路，能有效的穩(wěn)定輸出。【2】2.5本章小結(jié)本章主要介紹了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，并給出了開關(guān)電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總框圖和介紹了開關(guān)電源系統(tǒng)的工作原理。第3章 系統(tǒng)部件介紹開關(guān)器件的特征 同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征：(1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。(2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近

33、于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。(3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開關(guān)來(lái)代替實(shí)際開關(guān)。(4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過(guò)高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開通

34、損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。3.2電力二極管電力二極管（Power Diode)自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器，并已開始逐步取代汞弧整流器。雖不是可控器件，但其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，工作可靠，所以直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中。電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。（1）普通二極管(General Purpose Diode)普通二極管又稱為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開關(guān)頻率不高(1 kHz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5

35、 s以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上?！?】（2）快恢復(fù)二極管(FRD)快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管?？焖俣O管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)。采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，F(xiàn)RED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐壓多在400 V以下。快速二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為

36、數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100 ns以下，有的甚至達(dá)到2030 ns。（3）肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(1040 ns)，正向恢復(fù)過(guò)程中不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200 V以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。3.3絕

37、緣柵雙極性晶體管（IGBT）MOSFET具有開關(guān)速度快，為電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電壓降稍大，電流、電壓容量不大；雙極型晶體管卻與MOSFET管的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)互易，因而產(chǎn)生了使它們復(fù)合的思想。IGBT控制時(shí)有MOSFET的特點(diǎn)，導(dǎo)通時(shí)有雙極型晶體管特點(diǎn)，這種復(fù)合管稱為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。IGBT是MOS結(jié)構(gòu)的雙極型器件，是具有功率MOSFET管的高速性能和雙極型器件的低導(dǎo)通電阻性能的功率器件，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)，IGBT正逐步取代大功率晶體管和一些MOSFET管的應(yīng)用領(lǐng)域。IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓為600V以上、

38、電流為10V以上、工作頻率為1kHz以上的應(yīng)用領(lǐng)域。IGBT集合了場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高、雙極性結(jié)型晶體管飽和電壓降低的優(yōu)點(diǎn)。由IGBT的結(jié)構(gòu)機(jī)理決定了其關(guān)斷時(shí)會(huì)發(fā)生的電流“拖動(dòng)”現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)工作頻率與功率晶體管（GRT)相當(dāng)?！?】圖3-1 IGBT的圖形符號(hào) 器件TL431TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛

39、應(yīng)用在各種電源電路中。TL431特點(diǎn)：（1）最大輸出電壓為37V； （2）電壓參考誤差： ，典型值25（TL431B）；（3）低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22 ； （4）負(fù)載電流能力1.0mA -100mA； （5）等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/典型； （6）HYPERLINK file:/C:/Documents%20and%20Settings/index.html溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍； （7）低輸出噪聲電壓；（8）輸出電壓范圍為；內(nèi)基準(zhǔn)電壓為； (9) 最大工作電流150mA； 圖3-2 TL431的外觀和管腳TL431的具體功能可以用圖3-3的功能模塊示意。由圖可看到，VI是一

40、個(gè)內(nèi)部的的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同向端）的電壓非常接近VI（）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化通過(guò)三極管的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。 圖3-3 模塊圖3.5光耦器件PC817光電耦合器是以光為媒介來(lái)傳播電信號(hào)的器件。 PC817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級(jí)電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器

41、接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,PC817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。主要應(yīng)用范圍：開關(guān)電源、適配器、充電器、UPS、DVD、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品。圖3-4 PC817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6 UC3842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

42、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)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。HYPERLINK :/ ic37 /UC3842-p.htmUC3842是美國(guó)Unitrode公司生產(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。HYPERLINK :/ ic37 /UC3842-p.htmUC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖3-6所示。主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)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、P

43、WM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率HYPERLINK :/ ic37 /MOSFET-p.htmMOSFET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。3.6.1 UC3842的引腳及其功能圖35 UC3842的引腳如圖35：1腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻率特性;2腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基

44、準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；3腳為PWM比較器的另一輸入端，當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)lV時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)；4腳為定時(shí)電容CT端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8(RTCT);5腳為接地端。6腳為推挽輸出端 ，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lA；7腳為啟動(dòng)/工作電壓輸入端腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW。8腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。3.6.2 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)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、

45、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，見(jiàn)圖3-6。圖3-6 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8腳之間,CT接4GND5之間. 頻率f=1.8/CTRT,最大為500kHz.誤差放大器：由VFB端輸入的反饋電壓和2.5V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?cè)鲆婧皖l率特性.輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1A，驅(qū)動(dòng)MOS管及雙極型晶體管。電流取樣比較器：腳ISENSE用于檢測(cè)開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE1V時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。欠壓鎖定電路VVLO：開通閾值16V，

46、關(guān)閉閾值10V。具有滯回特性。PWM鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過(guò)一個(gè)脈沖周期，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。圖騰柱輸出電路(Totem Pole)：由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點(diǎn)像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)NPN型晶體管的集電極，這個(gè)晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩晶體管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出晶體管，從直流角度看是串聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。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

47、輸出為高阻態(tài)。在開關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋電路”。3.6.3 UC3842的使用特點(diǎn)(1) 采用單端圖騰柱式PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為200mA，峰值可達(dá)1 A。 (2) 啟動(dòng)電壓大于16 V，啟動(dòng)電流僅1 mA即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在1034 V之間，負(fù)載電流為15 mA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過(guò)電壓保護(hù)狀態(tài)，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。 (3) 內(nèi)設(shè)5 V(50 mA)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)21分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。(4) 輸出電流為200 mA，峰值為1 A，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)MOSFET管。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速RC電路，同時(shí)將內(nèi)部

48、振蕩器的頻率限制在40 kHz以下。若驅(qū)動(dòng)MOSFET管，振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá)500 kHz。 (5) 內(nèi)設(shè)過(guò)流保護(hù)輸入(3腳)和誤差放大輸入(1腳)兩個(gè)PWM控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主PWM控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在30100時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在8 以下，負(fù)載變動(dòng)在70100時(shí)負(fù)載調(diào)整率在3以下。(6) 過(guò)流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到0.01%V。如果腳電壓大于1 V或腳電壓小于1 V，PWM比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)才重新置位。利用腳和腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個(gè)周期只

49、輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由腳外接電阻與腳外接電容設(shè)定。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò)腳引入外同步。腳和腳外接RT、 CT構(gòu)成定時(shí)電路，CT的充電與放電過(guò)程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出：3.7本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)電子核心部件包括電力二極管，絕緣柵雙極性晶體管IGBT,器件TL431，光耦器件PC817,脈寬控制芯片UC3842的詳細(xì)技術(shù)資料。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件整機(jī)主系統(tǒng)電路圖見(jiàn)附錄第一部分。本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)包括：高頻變壓器設(shè)計(jì)、輸入過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)、輸入電磁干擾濾波設(shè)計(jì)、輸入整流濾波設(shè)計(jì)、輸出

50、整流濾波設(shè)計(jì)、輸出電壓反饋設(shè)計(jì)、過(guò)電流保護(hù)設(shè)計(jì)、調(diào)制脈沖產(chǎn)生設(shè)計(jì)、反激式變換器RCD緩沖器設(shè)計(jì)。 4.1 反激式高頻變壓器設(shè)計(jì)（1）確定輸入最小直流電壓Vin(min)和輸入最大直流電壓Vin(max) Vin(min)=220*(1-20%)*1.414=249V Vin(max)=220*(1+20%)*1.414=373V(3)計(jì)算反射電壓：【5】 Vf=(Np/Ns)*Vo=(Np/Ns)*(Ns/Np)*(Dmax/(1-Dmax)*Vin(min)= (Dmax/(1-Dmax)*Vin(min)=0.4/(1-0.4)*249=166V(4)輸入電壓為最小，輸出為額定電流時(shí)，即V

51、in(min),Ion時(shí)，求輸入電流平均值Iin(avg):Iin(avg)=Pin/Vin(min)=Po/0.8Vin(min)=VoIo/0.8Vin(min)=(3.3*6+5*11+12*4+12*2)/(0.8*249) =(5)求原邊電流峰值(6)選磁芯材料和磁芯型號(hào) 選TDK公司的PC40材料，100攝氏度時(shí)，Bs=0.39T,Br=0.055T,則Bw 磁芯型號(hào)選EE42 磁芯截面積為：Ae=178平方毫米（7）求原邊匝數(shù)Np 由電磁感應(yīng)定律有Vin(min)=NpAedB/dt=NpAeBw/Ton(max),則原邊匝數(shù)Np為： Np=(Vin(min)Ton(max)/A

52、eBw=(Vin(min)Dmax)/(AeBwf) 實(shí)際取20匝（8）計(jì)算二次側(cè)繞組的匝數(shù) 根據(jù)伏秒積平衡 Vin(min)DmaxT=Np/Ns(Vo+Vdfwd)(1-Dmax)T 得 n=Np/Ns=(Vin(min)Dmax)/(Vo+Vdfwd)(1-Dmax) 3.3V輸出的二次繞組匝數(shù)： 得 實(shí)際取2匝 5V輸出的二次繞組匝數(shù)： 得 實(shí)際取2匝 12V輸出的二次繞組匝數(shù)： n=249*0.4/(12+0.8)(1-0 得 Ns12=20/=匝 實(shí)際取3匝(9)計(jì)算輔助繞組匝數(shù) 輔助繞組輸出12V,則Ns/Naux=(12+0.8)/(12+0.8),Ns=3匝，則Naux=3匝

53、（10）計(jì)算原邊電感量Lp 由Ippk=Vin(min)/Lp*Ton(max) 得 Lp=Vin(min)/Ippk*Ton(max)=Vin(min)/(fIppk)*Dmax=249*0.4/(150*103*3.685)=180uH(11)計(jì)算二次側(cè)峰值電流 3.3V二次側(cè)峰值電流：Isp3.3=Ippk*Np/Ns=3.685*20/2= 5V二次側(cè)峰值電流：Isp5= Ippk*Np/Ns=3.685*20/2= 12V二次側(cè)峰值電流：Isp12= Ippk*Np/Ns=3.685*20/3=（12）計(jì)算原邊繞組線徑Dp 原邊電流有效值為Iprms=Ippk*(Dmax/3)1/2

54、=3.685*(0.4/3)1/2= 取電流密度J=/mm2 2 則原邊線徑為Dp=(4Ap/3.14)1/2=實(shí)際上取線徑為的線雙股并繞（13）計(jì)算副邊繞組線徑Ds 3.3V副邊繞組電流有效值為Isrms=Ispk*(1-Dmax)/3)1/2=36.85*（0.6/3）1/2= 2 由于線徑為的截面積大約為副邊繞組線徑取為15股并繞 5V副邊繞組電流有效值為Isrms=Ispk*(1-Dmax)/3)1/2=36.85*（0.6/3）1/2= 2 由于線徑為的截面積大約為2,則5V副邊繞組線徑取為15股并繞 12V副邊繞組電流有效值為Isrms=Ispk*(1-Dmax)/3)1/2=24

55、.56*（0.6/3）1/2= 2 由于線徑為的截面積大約為2,則12V副邊繞組線徑取為10股并繞（14）輔助繞組線徑Daux 取Daux為,雙股并繞 通過(guò)計(jì)算，把相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)給打樣公司，制作成樣品，如圖4-1所示。 圖4-1 高頻變壓器輸入過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)開關(guān)電源輸入必須穩(wěn)定，避免浪涌過(guò)電壓對(duì)電路器件的沖擊。浪涌過(guò)電壓主要是遭遇雷擊或者電源系統(tǒng)中較大負(fù)載的接通和斷開形成的操作過(guò)電壓。浪涌過(guò)電壓保護(hù)采用氧化鋅壓敏電阻，其電路如圖4-2所示。圖中R22、R23為氧化鋅壓敏電阻，可對(duì)浪涌電壓起到鉗位的作用。FU1為熔斷管，當(dāng)浪涌電壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)是可熔斷，從而斷開電源，確保相關(guān)電路不受損壞?！?】圖4

56、-2 輸入過(guò)電壓保護(hù)輸入電磁干擾濾波設(shè)計(jì) 電磁干擾濾波電路主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源的干擾，同時(shí)防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)的干擾。因此，通常稱之為電磁干擾濾波器，即EMI濾波器。EMI濾波器電路如圖4-3所示。 圖4-3 EMI濾波電路 C3、L1、C4組成的雙 型濾波網(wǎng)絡(luò)，是EMI濾波器的主體。其中L1為共模電感，其電感量通常為1030mH，可有效抑制來(lái)自電網(wǎng)的共模干擾。C3、C4為差模濾波電容，可濾除電網(wǎng)尖峰電壓。C1、C2為安全電容，其串聯(lián)后的中心點(diǎn)接大地。C1、C2具有濾除電網(wǎng)共模和差模干擾的雙重作用。R1為泄放電阻，電源斷電后可將C3、C4上積累的

57、電荷泄放掉，使電源進(jìn)線端不帶電，保證安全使用。設(shè)計(jì)和選擇EMI濾波器的時(shí)候，主要是根據(jù)開關(guān)電源的功率計(jì)算額定輸入電流，共模電感的導(dǎo)線直徑要足夠大，能夠安全流過(guò)額定的輸入電流。EMI濾波器的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、插入損耗等。 輸入整流濾波設(shè)計(jì)由于輸入電源是交流電源，所以必須通過(guò)整流橋，整流輸入電源，輸出直流電壓。整流橋的耐壓應(yīng)該為最高交流電壓峰值的1.52倍。因整流橋會(huì)受到開機(jī)時(shí)沖擊電流的影響，其額定電流應(yīng)為最低交流電壓時(shí)工作電流的1.5倍以上。當(dāng)交流電壓為220Vs時(shí)，濾波電容取值通常為1uf/W。更高的取值只會(huì)增加電容的成本，并不會(huì)明顯減小紋波電壓。但更低的取值會(huì)增加輸入紋波電壓，如

58、果控制回路增益受到限制，這樣會(huì)增加開關(guān)電源的輸出電壓濾波。整流濾波電路如圖4-4所示?！?】 圖4-4 輸入整流濾波電路4.5 輸出整流濾波反激式開關(guān)電源的高頻整流濾波電路最簡(jiǎn)單，當(dāng)整流二極管VD承受的沖擊電流較大，整流二極管的額定電流應(yīng)選取為最大輸出電流Iomax的1.5倍以上。整流二極管的耐壓應(yīng)選取為(Uo+NsUi/Np)的1.5倍以上。當(dāng)整流二極管的耐壓要求小于100V時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇肖特基二極管，以便降低二極管的損耗，從而提高電源效率。由于整流二極管會(huì)產(chǎn)生反向尖峰電流，尖峰電流可能損壞功率開關(guān)管和整流二極管，還會(huì)產(chǎn)生開關(guān)噪聲，增加電磁輻射，所以在整流二極管兩端并上由阻容元件串聯(lián)而成的R

59、C吸收電路，抑制開關(guān)噪聲。輸出濾波電容C的選擇與開關(guān)電源的工作頻率和輸出電容有關(guān)。反激式開關(guān)電源紋波電流較大，可適當(dāng)加大濾波電容C的容量。輸出整流濾波電路如圖4-5所示?！?】 圖4-5 輸出整流濾波電路4.6 輸出電壓反饋設(shè)計(jì) 由于輸出電壓輸出不穩(wěn)定，需要加入輸出電壓反饋電路，穩(wěn)定輸出。反激式開關(guān)電源輸入與輸出隔離，所以本次采用光耦器件實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通過(guò)光耦合器獲得電壓反饋信號(hào)。其電路圖如圖4-6所示?！?】 圖4-6 輸出電壓反饋電路TL431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。當(dāng)電阻R7和R8的阻值確定時(shí)

60、，兩者對(duì)輸出電壓的分壓引入反饋，若輸出電壓增大，反饋量增大，TL431分流也增加，從而又導(dǎo)致輸出電壓下降。選擇不同的R7和R8的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R7=R8時(shí)，輸出電壓等于5V。在選擇電阻時(shí)，必須保證TL431工作的必要條件，就是通過(guò)陰極的電流要大于1ma。本次設(shè)計(jì)采用了UC3842進(jìn)行脈沖調(diào)制，UC3842是專門為離線式開關(guān)電源和DC/DC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其電路圖如圖4-7所示。UC3842的電源端通過(guò)啟動(dòng)電阻R6接直流高壓電源，工作電壓來(lái)自高頻變壓器的反饋繞組?；鶞?zhǔn)電壓輸出端接有0.01uf的退耦電容，定時(shí)電阻R2為5K和定時(shí)電容C6為2.2n