36韋孟艷電源實訓(xùn)論文

第2頁共2頁編號：電源技術(shù)實訓(xùn)（論文）說明書題目：反激式開關(guān)電源制作院（系）：信息與通信學(xué)院專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名：韋孟艷學(xué)號：0801130536指導(dǎo)教師：童有為、李秀東、嚴(yán)素清實訓(xùn)時間：2011年12月26日-2012年1月摘要本實驗設(shè)計的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，主要采用交流-直流-交流-直流（AC-DC-AC-DC）變換技術(shù)。即將220V、50HZ的交流電（市電）轉(zhuǎn)換成5V的直流電輸出，中間經(jīng)過濾波整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過25W、5V反激式變換器整合成交流電，以提高變換效率，再經(jīng)濾波整流電路轉(zhuǎn)換成5V直流輸出，最終得到直流電。其中用SD4870芯片控制輸出電壓的占空比D，采用降壓式斬波方式電路，即非隔離的交換方式，調(diào)節(jié)輸入輸出之間一定電流通道，電感平均電流：IL=I0/1-D,調(diào)占空比可調(diào)節(jié)5V直流電壓輸出?？偟脑硎?在交流-直流電壓變換器功能的中間接入直流-交流電路的結(jié)構(gòu)，以增大轉(zhuǎn)換效率。其主要優(yōu)越性是變換效率高，可高達(dá)70%~95%，除此之外，開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還表現(xiàn)有：功耗小、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等而被人們廣泛使用。關(guān)鍵字：AC-DC-AC-DC；反激式變換器；整流濾波；負(fù)反饋回路；占空比；AbstractTheexperimentaldesignofswitchingpowersupplycircuit,themainAC-DC-AC-DC(AC-DC-AC-DC)conversiontechnology.Isabout220V,50HZAC(mains)into5VDCoutput,intermediatefilteredrectifiercircuittoconvertdirectcurrent,through25W,5VflybackconverterintegratedintotheAC,inordertoimproveconversionefficiency,andthenfilteredrectifiercircuitconvertedto5VDCoutput,andultimatelygetDC.WhichcontroltheoutputvoltagewiththeSD4780chipdutycycleD,theuseofstep-downchoppercircuit,thatis,non-isolatedexchange,regulatingcertaincurrentbetweeninputandoutputchannels,theaverageinductorcurrent:IL=I0/1-D,adjustthedutycycleadjustable5VDCvoltageoutput.Generalprincipleis:theAC-DCconverterfunctioninthemiddleofaccessDC-ACcircuitstructuretoincreasetheconversionefficiency.Itsmainadvantagesarehighconversionefficiencycanbeashighas70%to95%,inadditiontotheadvantagesofswitchingpowersupplyisalsoreflectedare:powerconsumption,widevoltagerange,smallsize,lightweight,safeandreliableetc.arewidelyused.keywords:AC-DC-AC-DC;flybackconverter;rectifierfilter;feedbackloop;duty;第2頁共2頁PAGE1第1頁共2頁目錄引言 11.設(shè)計思想與總體方案 11.1設(shè)計基本要求 11.2總體設(shè)計方案 21.3總原理框圖 22.開關(guān)電源主電路的設(shè)計及參數(shù)計算 32.1主電路的選型 32.2變壓器設(shè)計計算 32.3整流二極管的選擇 42.4肖特基二極管的選擇 52.5輸出濾波電路的設(shè)計與參數(shù)計算 52.5.1過流保護(hù) 52.5.2反接保護(hù) 62.5.3過熱保護(hù) 62.5.4防開機(jī)“浪涌”保護(hù) 62.5.5場效應(yīng)管欠壓保護(hù) 63.開關(guān)電源控制電路的設(shè)計 63.1控制電路的組成 63.2PWM控制電路 74.PWM變壓器開關(guān)電源 84.1反激式變壓器工作原理 84.2電感的參數(shù)計算 94.3PWM變壓器系統(tǒng)特色 104.3.1產(chǎn)生偏差的原因 104.3.2改進(jìn)方法 104.3.3獲取高效率技巧 105.實物制作過程 115.1變壓器的繞制 115.2變壓器的測驗 115.3元器件的焊接 116.Buck電路 126.1Buck電路的工作原理 126.2Buck電路的特點 127.測試及參數(shù)分析 137.1紋波特性測試 137.2寄生參數(shù)的影響 137.3產(chǎn)品調(diào)試 14問題與分析改進(jìn) 15工作總結(jié) 15心得體會 16謝辭 17參考文獻(xiàn) 18附錄 19第8頁共22頁第1頁共22頁引言任何電子設(shè)備都需要電源，電源的一次電能大致有兩種，一種是由發(fā)電廠生產(chǎn)發(fā)送的，稱為市電；另一種是由電池等提供的直流電。所謂電源就是利用電能變換技術(shù)將市電或電池等一次電能轉(zhuǎn)換成適合各種用電對象的二次電能的系統(tǒng)或裝置。電能變換技術(shù)大致有以下幾種：交流-交流（AC-AC）變換技術(shù)、直流-直流（DC-DC）變換技術(shù)、交流-直流（AC-DC）變換技術(shù)、直流-交流（DC-AC）變換技術(shù)等。任何電子設(shè)備使用的電源大致分線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的最主要缺點就是變換效率低，一般只有35%~60%左右。開關(guān)穩(wěn)壓電源的開光管工作在開關(guān)狀態(tài)，其主要優(yōu)越性就是變換效率高，可高達(dá)70%~95%，除此之外，開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還表現(xiàn)有：功耗小、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等而被人們廣泛使用。功耗小——由于開關(guān)管功耗小，不需要采用大散熱器。而且，功耗小也使得電子設(shè)備內(nèi)溫升也低，周圍元器件不圖1.1開關(guān)電源會因長期工作在高溫環(huán)境下而損壞，有利于提高整個電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。穩(wěn)壓范圍寬——在開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的交流電壓在150~250V范圍內(nèi)變化時，都能達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果，輸出電壓的變化在2%以下，而且在輸入電源發(fā)生變化時，始終能保持穩(wěn)壓電路的高效率。因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源能適用于市電電壓波動比較大的地區(qū)。體積小、重量輕——開關(guān)穩(wěn)壓電源可將市電輸入的交流電壓直接整流，再通過高頻變壓器獲得各組不同交流電壓，這樣就可省去笨重的工頻變壓器，從而節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，使電源的體積大大縮小，重量減輕。安全可靠——開關(guān)穩(wěn)壓電路一般都具有自動保護(hù)電路，當(dāng)穩(wěn)壓電路、高頻電路和負(fù)載等出現(xiàn)故障或短路時，能自動切斷電源，保護(hù)功能靈敏可靠。開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要問題是電路比較復(fù)雜，輸出電壓的紋波比較大，瞬態(tài)響應(yīng)差等，因此，開關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定限制。1.設(shè)計思想與總體方案1.1設(shè)計基本要求1、輸入電壓：單相交流額定電壓有效值220V±20%2、頻率：頻率范圍45-65Hz3、電流：在滿載運行時，輸入220V,小于5A~8A。在220V以上時,沖擊電流不大于18A4、直流輸出電壓U，可調(diào)范圍：4.5V~5V。5、最大輸出電流IOMAX：5A~6A6、輸出噪聲紋波電壓峰—峰值Uopp≤1V7、進(jìn)一步提高效率，AC—DC變換器的效率q≥70％8、工作溫度：0~40oC1.2總體設(shè)計方案本實驗設(shè)計的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，主要采用交流-直流-交流-直流（AC-DC-AC-DC）變換技術(shù)。即將220V、50HZ的交流電（市電）轉(zhuǎn)換成5V的直流電輸出，中間經(jīng)過濾波整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過25W、5V反激式變換器整合成交流電，以提高變換效率，再經(jīng)濾波整流電路轉(zhuǎn)換成5V直流輸出，最終得到直流電。其中用SD4780芯片控制輸出電壓的占空比D，采用降壓式斬波方式電路，即非隔離的交換方式，調(diào)節(jié)輸入輸出之間一定電流通道，電感平均電流：IL=I0/1-D,調(diào)占空比可調(diào)節(jié)5V直流電壓輸出?？偟脑硎?在交流-直流電壓變換器功能的中間接入直流-交流電路的結(jié)構(gòu)，以增大轉(zhuǎn)換效率。其主要優(yōu)越性是變換效率高，可高達(dá)70%~95%。PWM控制電路DC-AC轉(zhuǎn)換步驟如下：PWM控制電路市電220V、50HZ直流DC輸出DC-AC變換器整流濾波 市電220V、50HZ直流DC輸出DC-AC變換器整流濾波圖1.3方案框圖說明：選擇了Buck降壓變換器實現(xiàn)DC-AC變換，控制電路采用場效應(yīng)管和PWM脈寬調(diào)制控制器SD4780芯片通過雙閉環(huán)回路、反激式變換器共同控制DC-AC變換電路，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定、可調(diào)；SD4780芯片產(chǎn)生高頻脈沖控制DC-AC變換，經(jīng)濾波整流電路后實現(xiàn)直流輸出，其間經(jīng)過過流保護(hù)、電壓負(fù)反饋電路等電路處理。該方案的優(yōu)點：1.電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓性能優(yōu)，并且轉(zhuǎn)換效率高；2.滑動變阻器VR1調(diào)節(jié)5V直流輸出工作量較小，難度不大；3.用脈寬調(diào)制型控制器實現(xiàn)PWM控制，產(chǎn)生頻率為100KHZ的脈沖較容易，并且完全由硬件產(chǎn)生高頻脈沖，實時性好；該方案的缺點：1.元件電器設(shè)計難度較大；⒉電路板布線工作量較大；3.脈寬調(diào)制型控制器實現(xiàn)PWM控制工作量大、難度大；4.對反激式變換器匝數(shù)要求很高，繞制線圈難度較大；1.3總原理框圖反激式開關(guān)電源電路基本設(shè)計原理圖如下：EMIEMI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+5VGND圖1.2開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框2.開關(guān)電源主電路的設(shè)計及參數(shù)計算2.1主電路的選型開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)眾多，其中適合小功率電源使用的有正激型、反激型和半橋型，適合大功率電源的有正激型、半橋型和全橋型。一般來說，小功率電源（1～100W）宜采用電路簡單、成本低的反激型電路，兼用半波整流輸出交流，最終轉(zhuǎn)換成直流輸出。圖2.1主電路選型由于設(shè)計要求直流輸出電壓為5V，輸出電流至少為5A，輸出功率小于25W，所以使用反激型變換器有助于調(diào)節(jié)直流電壓輸出2.2變壓器設(shè)計計算變壓器是開關(guān)電源中的核心元件，許多其他主電路元器件的參數(shù)設(shè)計都以變壓器的參數(shù)為依據(jù)，因此應(yīng)首先進(jìn)行變壓器的設(shè)計。變壓器磁芯的選擇：如果工作效率是88.2%，則變壓器的傳輸功率為：150.882=17由于許多因素，例如磁芯材料特性，變壓器形狀（主要是表面積對體積的比率）、表面的熱輻射、允許溫度、工作環(huán)境無法把傳輸功率與變壓器的大小簡單的聯(lián)系起來。計算ton原邊繞組開關(guān)晶體管Tr的最大到同時間對應(yīng)在最低輸入電壓和最大負(fù)載時發(fā)生。假設(shè)D=tonTsTs=10660×103=16.6uston=DTs=0.5×16.6=8.3us（公式2計算最低直流輸入電壓:設(shè)當(dāng)變換器在最低線路輸入電壓時發(fā)生滿載工作。計算它的輸入端的直流電壓VS。對于單相交流整流用電容濾波，直流電壓不會超過交流輸入電壓的有效值的1.4倍，也不小于1.2倍。它與電源線路中的電源阻抗、整流電壓降、儲能電容等效電抗、以及負(fù)載大小均有關(guān)，再次取1.3VS=95×1.3=123.5v（公式2-3）選擇工作時的磁通密度值已知，選用EE25的鐵芯磁路的有效面積Ae=17對于一般形狀的鐵芯，當(dāng)工作在60KHz的頻率，80%計算原邊匝數(shù)因為作用電壓是一個方波，一個導(dǎo)通器件的伏秒值與原邊匝數(shù)的關(guān)系：192.1匝計算副邊匝數(shù)設(shè)整流二極管的壓降是0.7v，繞組壓降為0.6v，則原邊繞組壓降電壓值為15+0.7+0.6=16.3V（公式2-4）原邊繞組每匝伏數(shù)=VsNp=副邊繞組匝數(shù)（公式確定氣隙大小及氣隙計算帶氣隙的磁芯在一個更大的磁場強(qiáng)度H值下才會產(chǎn)生磁飽和，因此磁芯可經(jīng)受一個更大的直流成分；另外，當(dāng)H=0時，Br更小，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5×0.5×7.85×2702×2×60×103=2.12mH（公式2-2.3整流二極管的選擇在整流時整流二極管的所承受的最大電壓可由最大輸入電壓求出，題目中所給的為最大輸入電壓220v，經(jīng)過簡單分析就可以看到，應(yīng)該選擇型號為IN4007的整流二極管，此型號的整流二極管的最高反向峰值電壓為400v，正向壓降為1.0v，在輸入95~270v的情況下是可以忽略的。所以型號為IN4007是符合設(shè)計要求的，這里用單相橋式整流的方法需要4個IN4007的整流二極管。2.4肖特基二極管的選擇肖特基二極管反向恢復(fù)時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千安培。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。選擇MBR2045TO-220F型肖特基二極管，其導(dǎo)通壓降小，通過1A電流時僅為0.35V，并且恢復(fù)時間短。實際使用時為降低導(dǎo)通壓降將兩個肖特基二極管并聯(lián).即雙端二極管DD1、和D5、D62.5輸出濾波電路的設(shè)計與參數(shù)計算電容的計算：（公式2-7）其中，ΔUO為負(fù)載電壓變化量，取20mV,f=20kHz,UO=36V時,CB=1465μF,取為2000μF，實際電路中用多只電容并聯(lián)實現(xiàn)，減小電容的串聯(lián)等效電阻（ESR），起到減小輸出電壓紋波的作用，更好地實現(xiàn)穩(wěn)壓。為了降低紋波，采用LC低通濾波器，取截止頻率fL=200Hz，電容取470μF，由可得（公式2-8）代入得L=215.80μH，取220μH。調(diào)整PWM控制信號的占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時，PWM控制器與采樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)等措施，并實現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的測量和顯示。PWM信號占空比（公式2-9）2.5.1過流保護(hù)過流保護(hù)共三級：輸入過流保護(hù)在交流輸入端串聯(lián)一支保險絲（250V，5A），從而實現(xiàn)過流保護(hù)。輸出過流保護(hù)輸出端串接電流采樣電阻R13、R14，材料選用溫漂小的康銅絲。電壓信號需放大后送給單片機(jī)進(jìn)行A/D采樣。過流故障解除后，系統(tǒng)將自動恢復(fù)正常供電狀態(tài)。逐波過流保護(hù)逐波過流保護(hù)在每個開關(guān)周期內(nèi)對電流進(jìn)行檢測，過流時強(qiáng)行關(guān)斷，防止場效應(yīng)管燒壞?？紤]到MOS管開通時的尖鋒電流可能使逐波過流保護(hù)電路誤動作。圖2.2輸入過流保護(hù)圖2.3輸出過流保護(hù)2.5.2反接保護(hù)反接保護(hù)功能由二極管和保險絲實現(xiàn)，電路如附錄圖一。2.5.3過熱保護(hù)通過熱敏電阻接安規(guī)電容檢測輸入端電路的溫度，防止高頻輸入產(chǎn)生大火花，即抗浪涌。溫度過高時關(guān)斷保險絲。2.5.4防開機(jī)“浪涌”保護(hù)用RT1電阻實現(xiàn)了對開機(jī)浪涌電流的抑制，見附錄圖一。2.5.5場效應(yīng)管欠壓保護(hù)利用SVD04N60F的欠壓保護(hù)功能，對其電源電壓進(jìn)行檢測，使場效應(yīng)管嚴(yán)格工作在非飽和區(qū)或截止區(qū)，防止場效應(yīng)管進(jìn)入飽和區(qū)而損壞。3.開關(guān)電源控制電路的設(shè)計開關(guān)電源的主電路主要處理電能，而控制電路主要處理電信號，屬于“弱電”電路，但它控制著主電路中的開關(guān)器件的工作，一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴(yán)重后果，使整個電源停止工作或損壞。電源的很多指標(biāo)，如穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等也都同控制電路相關(guān)。3.1控制電路的組成1).消除漏感電路消除漏感電路是整流濾波回路與變壓器電路的接口，即消除尖峰脈沖，消除變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通和截止時時內(nèi)部產(chǎn)生的漏感，放流回電源。其同開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。圖3.1消除漏感電路2).保護(hù)電路保護(hù)電路具備自身保護(hù)和負(fù)載保護(hù)兩方面功能。自我保護(hù)功能有：輸入過電壓，輸入欠電壓，系統(tǒng)過熱，過電流等。負(fù)載保護(hù)功能有：輸出過電壓，輸出欠電壓等。3).負(fù)反饋回路反饋回路如下圖所示：DC-DC變換器肖特基二極管D5、D6PWM控制器光電耦合器DC-DC變換器 DC-DC變換器肖特基二極管D5、D6PWM控制器光電耦合器DC-DC變換器 圖3.2電壓負(fù)反饋回路反饋是將半波整流后輸出信號(電壓)的一部分或全部,回收到PWM控制器SD4870芯片7腳FB口，與輸入信號進(jìn)行比較(相加或相減),并用比較所得的有效輸入信號(電壓)去控制輸出,這就是電壓負(fù)反饋過程。從電路原理圖可知，經(jīng)過反激式變換器T1轉(zhuǎn)換后的交流電經(jīng)雙端二極管DD1半波整流后反饋回PWM控制器，并與之比較，通過場效應(yīng)管關(guān)斷與截止控制。圖3.3電壓負(fù)反饋電路3.2SD4780集成電路PWM控制電路的作用是將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制量模擬信號轉(zhuǎn)換為PWM信號，該信號的開關(guān)頻率固定，占空比跟隨輸入信號連續(xù)變化。通常集成PWM控制器將誤差電壓放大器、振蕩器、PWM比較器、驅(qū)動、基準(zhǔn)源、保護(hù)電路等常用開關(guān)電源控制電路集成在同一芯片SD4780中，形成功能完整的集成電路。圖3.4SD4780集成電路基準(zhǔn)源：用于提高穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，作為電路中的給定的基準(zhǔn)，即IC3。PWM比較器：將調(diào)節(jié)器輸出信號轉(zhuǎn)換成PWM脈沖的占空比，不同的控制模式有著不同的轉(zhuǎn)換方式，電壓模式的集成控制中，常采用有振蕩器的產(chǎn)生的鋸齒波同比較的方式，電流模式控制當(dāng)中，采用同電感電流瞬時值相比較。分頻器用于將單一的PWM脈沖序列分成兩路戶不對稱的PWM脈沖序列，用于雙端電路的控制。4.反激式變壓器開關(guān)電源4.1反激式變壓器工作原理所謂反激式PWM變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流脈沖電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。變壓器次級線圈與初級線圈的電感量之比正好等于n2，就可以求得反激式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓為：（公式4-1）式中，Uo為反激式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓，Ui變壓器初級線圈輸入電壓，D為控制開關(guān)的占空比，n為變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比。零，電容C向負(fù)載提供能量。圖4.1反激式變壓器電路及輸出波形反激式變壓器開關(guān)電源，工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，整流輸入電壓uo、負(fù)載電流Io，變壓器鐵芯的磁通，以及變壓器初、次級電流等波形。圖1-20-a）中，變壓器次級線圈輸出電壓uo是一個帶正負(fù)極性的脈沖波形，一般負(fù)半周是一個很規(guī)整的矩形波；而正半周，由于輸出脈沖被整流二極管限幅，當(dāng)開關(guān)電源工作于連續(xù)電流或臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，輸出波形基本也是矩形波。因此，整流二極管的輸入電壓uo的正半周幅度與輸出電壓Uo或儲能濾波電容的兩端電壓基本相同。因此，整流二極管的輸入電壓uo的幅值Up與半波平均值Upa以及整流輸出電壓Uo均基本相等。圖1-20-b）是變壓器鐵芯中磁通量變化的過程，在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被磁化；在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被退磁。電容電感相當(dāng)電源，電流最大時：Imax=Us/RL;Buck降壓式占空比：D=Von/Vin；電感輸出電流：IL=Io；電感平均電流：IL=I0/1-D；圖4.2變壓器各相關(guān)輸出波形4.2電感的參數(shù)計算電感值的計算：（公式4-3）其中，m是脈動電流與平均電流之比取為0.25，開關(guān)頻率f=20kHz,輸出電壓為36V時，LB=527.48μH，取530μH。電感線徑的計算：最大電流IL為2.5A，電流密度J取4A/mm2，線徑為d,則由得d=0.892mm,工作頻率為20kHz,需考慮趨膚效應(yīng)，制作中采取多線并繞方式，既不過流使用，又避免了趨膚效應(yīng)導(dǎo)致漆包線有效面積的減小。4.3PWM變壓器系統(tǒng)特色輸出電壓反饋采用“同步采樣”方式，有效地避免了電壓尖峰對信號檢測的影響。軟件濾波可降低毛刺干擾，但不能從根本上減小干擾?！巴讲蓸印狈ㄊ歉鶕?jù)開關(guān)毛刺的可預(yù)測性（集中在開關(guān)瞬間，持續(xù)時間不超過2μS），在開關(guān)管動作后2μS再采樣，避免采到毛刺，提高了反饋信號的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。采用多種措施降低系統(tǒng)的電磁干擾（EMI），如：開關(guān)頻率較低，降低了EMI；SD4780芯片內(nèi)部的時鐘源－壓控震蕩器（DCO）采用了“抖頻”技術(shù)，使EMI能量分散在各個頻率點上，降低了EMI的峰值；產(chǎn)生PWM信號時也使用了“抖頻”技術(shù)，即實現(xiàn)了用較少位數(shù)的PWM產(chǎn)生較多的控制階數(shù)，又減少了EMI。具有多重保護(hù)措施，保證了系統(tǒng)的高可靠性。4.3.1產(chǎn)生偏差的原因①.對效率等進(jìn)行理論分析和計算時，采用的是器件參數(shù)的典型值，但實際器件的參數(shù)具有明顯的離散性，電路性能很可能因此無法達(dá)到理論分析值。②.電路的制作工藝并非理想的，會增加電路中的損耗。4.3.2改進(jìn)方法①.使用性能更好的器件，如換用導(dǎo)通電阻更小的電力MOS管，采用低阻電容。②.使用軟開關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步減小電力MOS管的開關(guān)損耗。③.采用同步式開關(guān)電源的方案，用電力MOS管代替肖特基二極管以減小損耗。④.優(yōu)化軟件控制算法，進(jìn)一步減小電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。4.3.3獲取高效率技巧開關(guān)調(diào)整器能夠達(dá)到如此高的效率的原因之一在于其使用了開關(guān)，而不是晶體管，現(xiàn)代開關(guān)電源效率高的另一個原因是電容和電感的有效共同使用。電容和電感都被歸類為電抗元件，因為它們具有獨特的儲能作用，高功能使其不發(fā)生功耗（至少其本身不發(fā)生消耗能量），僅將所獲得的能量儲存起來。相反，電阻元件會消耗能量而不能儲存能量。電容存儲的能量稱為靜電能量，大小等于1/2×C×V2，其中C為電容量（單位為F），V是電容兩端電壓。電感存儲的能量稱為磁能，大小等于1/2×L×I2，其中L為電感量（單位為H），I是通過電感的電流。5.實物制作過程5.1變壓器的繞制25W,5V輸出反激式變壓器的繞制如下圖方法：磁芯骨架：EE28/21一次=60匝，二次=4匝，IC供電10匝從最底層開始：N1：P5——3Φ0.5mm*1股35TS（圈）N2：P7——9Φ0.5mm*3股4TSN3：P8——10Φ0.5mm*3股4TSN4：P4——5Φ0.5mm*1股25TS（最頂層）N5：P1——2Φ0.5mm*1股10TS注：1、先從最底層繞起，即N1——N5，且層與層之前需加上絕緣紙；2、P5——3表示從5腳進(jìn)，3腳出（需加絕緣管套，其它腳不用加），一共繞35圈；3、P7——9表示從7腳進(jìn)，9腳出，3根線并繞，一共繞4圈；4、繞線方向全部朝同一方向。拿磁芯時必須輕拿輕放，否則容易弄壞。此變壓器在這電路上時，在電壓為86VAC時，能供給28W的有效功率，（5V/5.6A）5.2變壓器的測驗(一)、合上磁芯測電感量和檢驗同名端順序是否繞錯電感表測3—4PIN，電感值約9mH。電感表測3—1PIN，同時短路4—2PIN，增加約3.5mH，其值約為12.5mH。電感表測3—7PIN，短路4—9PIN，電感值增加，約10.5mH。電感表測3—8PIN，短路4—10PIN，電感值增加，約10.5mH。(二)、磁芯加氣隙在磁芯的兩個側(cè)柱各墊一層絕緣紙，合上磁芯，測量腳3到腳4的電感量。測3—4PIN，電感值為1mH～900μH為正常，若電感值較大，加厚絕緣紙。5.3元器件的焊接將元器件按照裝配圖放置在銅板的合適位置上，便可以焊接了。焊接時注意查看各管腳的對應(yīng)方向，以及管腳與管腳之間避免觸碰發(fā)生短路，否側(cè)得重新繞制變壓器。6.Buck電路圖2-2buck電路6.1Buck電路的工作原理Buck電路（圖2-2）即為降壓斬波電路。當(dāng)控制脈沖使Q1導(dǎo)通之后，C開始充電，輸出電壓V0加到負(fù)載R兩端，在C充電過程中，電感L1內(nèi)的電流逐漸增加，儲存的磁場能量也逐漸增加。此時續(xù)流二極管D1因反向偏置而截止。經(jīng)過Ton時間以后，控制信號使Q1截止，L1中的電流減小，L1中儲存的磁場能量便通過續(xù)流二極管D1傳遞給負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電壓低于電容C兩端的電壓時，C便向負(fù)載放電。經(jīng)過時間Toff后，控制脈沖又使Q1導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生。當(dāng)控制信號使Q1導(dǎo)通時，電感L1中的電流從最小值I增加到最大值I，當(dāng)控制信號使V截止時，L1中的電流又從最大值I下降到I。建設(shè)Q1具有理想的開關(guān)特性，其正向飽和管壓降可以忽略，所以可以列出以下的方程：V0=V1=V1=DV1（公式6-1）式中Ton是開關(guān)導(dǎo)通時間，Toff是開關(guān)截止時間；T時開關(guān)管工作周期，D是占空比，D=Ton/T。由上式可知，輸出電壓V0越開關(guān)管的占空比D=Ton/T成正比，所以通過改變開關(guān)管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。由于占空比D=Ton/T總是小于1，所以V0總是小于V1，所以這樣的電路稱為降壓斬波電路，即buck變換器。6.2Buck電路的特點Buck電路只能實現(xiàn)降壓，所以在任何時候，輸出電壓只能比輸入電壓低。由于電路中沒有變壓器，所以輸入和輸出之間沒有隔離。Buck電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個第二級的電壓調(diào)節(jié)器，雖然buck電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總是斷續(xù)的。Buck變換器開關(guān)的門極驅(qū)動很麻煩，但是buck電路簡單，所以成本比較低，而且buck變換器能把一個正的輸入變換成一個負(fù)的輸出。7.測試及參數(shù)分析7.1紋波特性測試紋波特性測試電路圖：圖7.1紋波特性測試紋波特性測試數(shù)據(jù)分析最大紋波電壓是指在額定輸出電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓的紋波的絕對值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。紋波系數(shù)Y（%）是指在額定負(fù)載電流下，輸出紋波電壓的有效值Urms與輸出直流電壓Uo之比，既y=Umrs/Uo

x100%。如表5-2繪制出圖5-7,紋波系數(shù)特性曲線，由圖可得知，隨著電阻的增加，紋波系數(shù)逐漸減小。圖5-8紋波系數(shù)特性曲線7.2寄生參數(shù)的影響實際器件也存在各種電抗性寄生因素。例如，由于繞組層與層之間的靜電作用，電感兩端存在相當(dāng)大的寄生電容；由于電介質(zhì)、金屬箔以及其引出端小量電感的存在，電容中也有等效串聯(lián)電感（ESL）。同樣，場效應(yīng)管（MOSFET）也有各種寄生參數(shù)，如其內(nèi)部封裝各引出端之間的電容值。事實上，MOSFET的這些寄生參數(shù)是決定其開關(guān)速度（轉(zhuǎn)換時間）的主要因素。電抗性寄生參數(shù)不會消耗能量，至少應(yīng)該說其本身不會有熱損耗。但這些寄生參數(shù)經(jīng)常會在開關(guān)周期的某時刻將其能量釋放于鄰近的電阻，從而間接增加總損耗。因此，為提高效率，通常應(yīng)最大程度減少所有這些電阻性或電抗性寄生參數(shù)。它們是妨礙變換器達(dá)到100%效率的首要原因。當(dāng)然，這種優(yōu)化減少應(yīng)在符合市場要求及其規(guī)定前提下保證其合理性和性價比。寄生參數(shù)在一些特殊情況下它們對電源穩(wěn)定性很有幫助:例如，DC-DC變換器在開環(huán)下輸出短路時很容易造成破壞，在這種故障情況下，一些寄生參數(shù)的存在可使電路瞬間過流現(xiàn)象大大緩解。同時，在正常工作條件下，電壓控制開關(guān)調(diào)整器實際上是依靠輸出電容寄生的等效串聯(lián)電阻（ESR）來加強(qiáng)環(huán)路穩(wěn)定。如前所述，環(huán)路穩(wěn)定是指電源在網(wǎng)壓和突變時能夠快速調(diào)整輸出而不產(chǎn)生過大振蕩和瞬態(tài)擾動。但在某些情況下寄生參數(shù)只是干擾，甚至一些完全是危害，然而其實際作用也可能因變換器工作條件不同而一直轉(zhuǎn)換，例如:一定的寄生電感在開關(guān)導(dǎo)通瞬間起很好的作用，它可以限制通過開關(guān)的尖峰電流大小。但是它也有危害，在開關(guān)關(guān)斷過程中，它釋放電磁能量，從而在開關(guān)上產(chǎn)生很高的電壓尖峰。在關(guān)斷時刻，上述寄生電容通過吸收尖峰電壓的能量以限制或開關(guān)兩端的破壞性尖峰電壓。同時，通過減緩電壓上升斜率來減少交叉損耗，從而減少V和I波形中的V-I交疊。但是，在導(dǎo)通時刻，此寄生電容會釋放它在關(guān)斷期間吸收的能量，從而在開關(guān)中產(chǎn)生電流尖峰。該電流尖峰不容易觀察，但它會造成開關(guān)過大的損耗，以及因此造成的更高的溫升。因此，一般來說，所有寄生參數(shù)都有正面和負(fù)面雙重性效果。7.3產(chǎn)品調(diào)試采用交流-直流-交流-直流（AC-DC-AC-DC）變換技術(shù)。即將220V、50HZ的交流電（市電）轉(zhuǎn)換成5V的直流電輸出，中間經(jīng)過濾波整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過25W、5V反激式變換器整合成交流電，以提高變換效率，再經(jīng)濾波整流電路轉(zhuǎn)換成5V直流輸出，最終得到直流電。測試電路出現(xiàn)問題主要是在線圈的帶載能力上，帶載能力低，沒有電流輸出。如：（1）.保險絲已壞或沒有起到保護(hù)作用；（2）.反激式變換器的電感量沒有達(dá)到要求，電感值為1mH～900μH為正常，若電感值較大，加厚絕緣紙。（3）.場效應(yīng)管沒有起到導(dǎo)通和截止作用；（4）.濾波整流、半波整流電路輸出電源（電流）過高或過低，沒有達(dá)到整流效果；（5）.電位器VR1和采樣電路沒有調(diào)節(jié)分壓作用，使得直流電輸出沒有達(dá)到5V。（6）.消除漏感電路沒有起到消除作用，即消除尖峰脈沖，消除變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通和截止時時內(nèi)部產(chǎn)生的漏感，放流回電源。問題與分析改進(jìn)（1）焊接時出現(xiàn)各焊點錫量不夠或電烙鐵不夠熱即焊，導(dǎo)致虛焊、錯焊、漏焊、短路等。要使電路能正常工作，焊接這一環(huán)節(jié)時不容忽視的。解決方法：首先，要看好電路原理圖要求，清查元器件的數(shù)目、質(zhì)量是否齊全或保證，并及時更換不合格的元件；確定元件的安裝方式，由孔距決定，并對照電路圖核對電路板；左手拿電路板，焊接時平行放置的元件字符朝自己，垂直放置的元件字符朝左邊；盡量將字符置于易觀察的位置，字符應(yīng)從左到右，從上到下，便于以后檢查；將元件腳上錫，便于焊接；對照電路圖對號插裝元件，有極性的元件要注意極性，如集成電路的腳位、電解電容等；焊接時需注意各焊點加熱時間及用錫量要適當(dāng)，防止虛焊、錯焊、短路，其中線圈、三極管等焊接時要快以免燙壞；焊后剪去多余引腳，檢查所有焊點,并對照電路圖仔細(xì)檢查，并確認(rèn)無誤后通電。（2）芯片放錯，導(dǎo)致電路不能正常工作甚至燒壞芯片。電路中芯片SD4870、EE25放反，導(dǎo)致焊完芯片時才發(fā)現(xiàn)使錯誤的，無奈把芯片撬出來，反而導(dǎo)致電路板銅片脫落，再也沒有辦法重新焊芯片上去。解決方法：首先二極管IN4007、三極管NPN/PNP、PC123、SD4870芯片方位腳很明、顯，即焊芯片時校準(zhǔn)芯片凹口糟對正凹口糟，各管腳對應(yīng)各管腳，保證無誤后再焊接。（3）輸出端電源不到5V輸出或不到5V輸出，電路有幾種可能情況，具體分析如下：a.220V的AC-DC轉(zhuǎn)換部分焊接不好，可能出現(xiàn)虛焊、錯焊、漏焊、短路等。請檢查電路AC-DC轉(zhuǎn)換部分是否出現(xiàn)漏焊、錯焊、虛焊等現(xiàn)象，用萬用表仔細(xì)檢查，紅黑表筆檢驗電路是否出現(xiàn)短路等，如出現(xiàn)短路萬用表會發(fā)出“嘀—”響亮聲，再檢查電源線和地線是否連接好；b.直流DC5V外圍電路如濾波電容、極性電容已壞。如連接肖特基二極管外接的高頻濾波電容，線圈10腳外接為穩(wěn)壓直流5V電路的濾波電容，R15、C8的耦合電容等，用萬用表一一檢查，如已燒壞或出現(xiàn)短路則立即更換；c.光耦合器沒有反應(yīng)。檢查電路中光耦合器是否正常，并重新更換。工作總結(jié)通過對反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的三周實訓(xùn)，從中讓本人對開關(guān)穩(wěn)壓電源有了一定的了解，以下是本人對開關(guān)穩(wěn)壓電源幾方面的基本認(rèn)識和概括：Ⅰ、需要場效應(yīng)管控制電壓輸出并實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。選擇場效應(yīng)管作為開關(guān)的原因為：該開關(guān)器件功率損耗與其兩端電壓及流過的電流乘積有關(guān)，即V*I。所以若能使V或I為零（或很小），則能使損耗為零（或很?。?。不斷交替地使場效應(yīng)管處于導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，就能減少開關(guān)損耗。Ⅱ、同時控制導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比，就能根據(jù)平均輸出能量來調(diào)節(jié)輸出。Ⅲ、無論在開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷時改變開關(guān)狀態(tài)都會使得輸入與輸出有效隔開。但輸出端負(fù)載總是需要連續(xù)的能量供給，因此需在交換器一定位置引入儲能元件。特別在上述輸入與輸出分離的情況下需使用輸出電容以保持負(fù)載電壓的穩(wěn)定。Ⅳ、一旦引入了電容就需要限制流過其上的浪涌電流。所有在直流電源直接接有電容的場合都會產(chǎn)生浪涌電流，它不僅導(dǎo)致噪聲和EMI，而且影響效率。可以簡單地用一個電阻抑制浪涌電流，早期的“儲桶式調(diào)整器”就是使用這種方法。Ⅴ、電阻會消耗功率。這樣，在開關(guān)上減少的功耗最終可能又消耗在所加電阻上。因此，為了最大限度提高效率，變換過程需只使用電抗元件。從原理上說，電抗元件僅存儲能量而不消耗能量，這樣，由于電感能限制電流上升速度而沒有功耗，電感與電容配合后最終可以限制電容的浪涌電流，因而電感成為我們的最后選擇。同時，電感儲存能量后無法瞬時將能量釋放出來，其釋放能量過程需要一些具體步驟。Ⅵ、了解反激式變壓器的繞制。在磁芯的兩個側(cè)柱各墊一層絕緣紙，合上磁芯，測量腳3到腳4的電感量。測3—4PIN，電感值為1mH～900μH為正常，若電感值較大，加厚絕緣紙。心得體會三周的開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計實訓(xùn)結(jié)束了，在這次課程設(shè)計中讓本人學(xué)到了很多開關(guān)穩(wěn)壓電源的知識。本設(shè)計電路結(jié)構(gòu)較簡單、功能較好、性能優(yōu)良，除個別指標(biāo)外均達(dá)到并超過了題目要求。即帶負(fù)載能力強(qiáng)，達(dá)5A電流以上，同時整體保護(hù)電路完善，使用更安全。使用同步采樣技術(shù)和多種抗EMI技術(shù)使得本電路更加環(huán)保。本設(shè)計的目的是利用220V、50HZ市電通過一定的技術(shù)產(chǎn)生直流5V穩(wěn)壓電，即主要采用交流-直流-交流-直流（AC-DC-AC-DC）變換技術(shù)。即將220V、50HZ的交流電（市電）轉(zhuǎn)換成5V的直流電輸出，中間經(jīng)過濾波整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)過25W、5V反激式變換器整合成交流電，以提高變換效率，再經(jīng)濾波整流電路轉(zhuǎn)換成5V直流輸出，最終得到直流電。并利用它為電子器件提供必要的電壓、電流輸出。該電源能提供一定的穩(wěn)定的電壓，并且在它的量程范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，同時具有保護(hù)作用，當(dāng)電源輸出段短路是，電源自動斷開以至不會燒壞電壓。通過這次設(shè)計，讓本人從中獲得了很多有用的東西，加深專業(yè)知識的了解。比如說，在以前上課時沒聽懂的知識，現(xiàn)在通過自己的進(jìn)一步了解，再結(jié)合自己以前所學(xué)的開關(guān)穩(wěn)壓知識，對它有了新的認(rèn)識。在此同時，我還請教了老師電路的工作原理圖，讓我加深對電路圖的了解，學(xué)到新的知識，在了解這一方面知識的同時，我查閱了相關(guān)的開關(guān)穩(wěn)壓電源資料，為此，對我以后設(shè)計的進(jìn)行打下了深厚的基礎(chǔ)，我相信在以后的學(xué)習(xí)工作中可以很輕松的應(yīng)對。我這次設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源還有兩個不足之處：在輸入端檢測電路時由于表筆不小心觸碰，造成短路，燒掉保險絲，所以得重新更換。在消除漏感模塊還不是很了解：消除漏感電路是整流濾波回路與變壓器電路的接口，即消除尖峰脈沖，消除變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通和截止時內(nèi)部產(chǎn)生的漏感，放流回電源。其同開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。針對這些問題，我會注重自己的動手能力方面的鍛煉，并通過查閱更多相關(guān)的書籍來擴(kuò)大自己的知識面。本實訓(xùn)的另一個收獲就是學(xué)會用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決一些簡單開關(guān)穩(wěn)壓問題，使我對開關(guān)穩(wěn)壓電源原技術(shù)掌握方面都能向前邁了一大步，為以后學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。 謝辭感謝學(xué)校能給我們這樣好的機(jī)會學(xué)習(xí)實踐，衷心感謝童有為老師、嚴(yán)素清老師和李秀東老師，在這次反激式開關(guān)電源設(shè)計實訓(xùn)中，以他們淵博的課程知識和高深的技能水平，對我耐心的指導(dǎo)和幫助，從零入手，從最初的不懂到懂，從沒有一點頭緒到成功地做好一個開關(guān)穩(wěn)壓電源模塊，即利用220V、50HZ市電通過一定的技術(shù)產(chǎn)生直流5V穩(wěn)壓電，最終得到5V直流電輸出，讓本人收獲成功地碩果和喜悅，那都是老師們的嘔心瀝血、辛勤栽培！感謝三位老師為我們提供了這次鍛煉我們動手和動腦的機(jī)會，讓我們在制作作品的同時，能同時提高我們的理論基礎(chǔ)知識和實踐動手能力，增強(qiáng)我們的穩(wěn)壓電源電路理論知識水平，焊接動手能力，提高我們的電路分析能力、遇到問題解決問題的能力等，鍛煉我們不怕苦不畏懼困難的精神，面對問題能迎刃而上，主動解決問題的毅力，提高我們的專業(yè)知識能力，為將來地就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。特別是電路的測試部分，PWM比較器將調(diào)節(jié)器輸出信號轉(zhuǎn)換成PWM脈沖的占空比，25W,5V輸出反激式變壓器的繞制方法