斩波式开关稳压电源

河南机电高等专科学校毕业论文1摘 要随着电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开电源，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化。电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源高频化是发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 本文介绍了一种的开关稳压电源的设计原理,并将此开关稳压电源应用于开关电源的控制、驱动及保护电路中。试验证明：该电源简单实用,工作稳定,性能可靠。讨论了直流开关稳压电源的保护系统,提出保护系统设计的原则和整机保护的措施，分析了开关稳压电源中的各种保护的特点及其设计方法,介绍了几种实用保护电路。关键词 开关电源 保护电路 高频 设计原理 河南机电高等专科学校毕业论文2ABSTRACTWith the fast development of electronic technology, electronic facilities are playing a more and more important part in peoples life and work, which cant be reached without the electric power. Computers switches have been controlled completely by electric power in the 1980s.Switching power supply technology has been developing rapidly due to the innovation and fast development of the electronic technology. This cost point of inversion to the low output electric power end migration, which has provided the widespread development space day by day for the switching power supply. The developing direction of it is its high frequency which causes the miniaturization and the wide use of the switching power supply. Its application in the area of high technology speeds up the miniaturization and the portability of the high technology products. Moreover it is of great significance in the aspects of saving energy, natural resources and protecing environment. This thesis mainly introduces the design principle of switching stabilized voltage power supply and its application to the control, drive, and protective circuit. It turns out that this power supply is simple in application, stable in working, and reliable in function. This passage also talks about the protective system of the direct curcuit switching stabilized voltage power supply and offers the principles of protecting system design and measures of protecting the whole machine. Whats more, the text analyzes the features and design methods of the protection in switching stabilized voltage power supply as well as several practical protective circuits. Key Words switching power supply protective circuit high frequency design principle目 录河南机电高等专科学校毕业论文3毕业设计任务书.I摘要.II绪论.1第 1 章 开关电源的分类及发展趋势.31.1开关电源的分类.31.1.1 DC/DC 变换.31.1.2 AC/DC 变换.41.2开关电源的选用.41.2.1 输出电流的选择.41.2.2 接地.51.2.3 保护电路.51.3 开关电源技术的发展趋势.5第 2 章 开关稳压电源的设计及应用.72.1 技术指标.72.2 工作原理.72.3 各主要功能描述.82.3.1 交流 EMI 滤波及整流滤波电路.82.3.2 半桥式功率变换器.9 2.3.3 功率变压器的设计.92.3.4 辅助电源的设计.10 2.3.5 驱动电路. .112.3.6 风扇风速控制电路. 122.3.7 PWM 控制电路. 122.3.8 过流保护电路.13第 3 章 变压器的工作原理.14 3.1 变压器工作原理.143.2 变压器分类.153.3 变压器工作原理之电源变压器的特性参数.153.4 音频变压器和高频变压器特性参数.16第 4 章 直流开关稳压电源的保护技术 .174.1 极性保护.174.2 程序保护.174.3 过电流保护.184.4 过电压保护.194.5 欠电压保护.20河南机电高等专科学校毕业论文44.6 过热保护.22第 5 章 结论.23致谢.24参考文献.25附录.26 河南机电高等专科学校毕业论文5河南机电高等专科学校毕业论文1绪 论随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。直流稳压系统，即稳压电源，是各种电子电路的动力源，被人们誉为电路的心脏。人所皆知，所有的用电设备，包括电子仪表、家用电器、工业用电器设备等，对供电电压都有一定的要求。例如，有的电视机要求 220V 的电网供电电压变化不能超过10%，即从 198V 到 242V 之间。如果超出这个范围，电视机就不能正常收看，甚至会因电压过高而烧坏电视机。至于精密电子仪器，对供电电压保持稳定不变的要求就更加严格。为解决用电设备要求供电稳定，而是点电网又难以保证的供求矛盾，人们便研制了各种各样的稳定电源。所谓 “稳定” 是指电压或电流的变化小到可以允许的程度，并不是绝对不变的。稳压问题的提出，可追溯到 19 世纪，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器。到 20 世纪初，就已经出现了铁磁稳压器及相应的技术文献。电子管问世不久，就有人设计了电子管直流稳压器，20 世纪 40 年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压器，至今还在应用中。20 世纪50 年代，随着半导体工业的飞速发展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源成了直流稳压电源的中心，这种局面一直维持到 20 世纪 60 年代中期。这种电源虽然性能优良，但它的最大的弱点是由于功率调整管与负载串联，并且晶体管工作在线性区域。稳压器的输出电压调节与稳定借助于功率调整管上电压降的调整来实现，因而在输出电压低、电流大的场合，效率非常低且功率晶体管发热也河南机电高等专科学校毕业论文2很厉害，散热变成了很大的问题。随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元件进入集成电路时代，体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量逐渐增大。这种晶体管串联型常规电源难以满足形势发展的问题日益显露。20 世纪 60 是年代后期，科技工作者对稳定电源技术进行了一次新的总结，是开关电源和可控硅电源得到了快速的发展。与此同时，将稳压器的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压器也在不断发展。从 1967 年美国 Bob Widlar 发明了第一块集成稳压器 A723 至今，集成稳压器种类之多，系列之全使人们刮目相看。简述之，以电子计算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源都是由开关电源担任的；要求供电电压高，电流大的设备的电源有可控硅电源代之；要求控制电电流小，电压低的仪器仪表会家用电器都采用集成稳压器。至于一些对电源稳定度要求很高的精密测量仪器或在其他高电压，小电流的供电场合，仍摆脱不了串联型晶体管稳压电源。除稳压电源外，稳定电源还包括稳流电源。稳流电源的功能是稳定负载电流。因为在实际生活中，有一些用电设备要求流过的电流保持稳定。对稳流电源的研究比稳压电源晚一些，但就其工作原理来说，稳流电源和稳压电源很相似。完全可以说，稳流实质上是稳定某一个负载电流成比例的电压。如果这个电压稳定，与之成比例的电流自然也就稳定了。这样，让负载电流流过一个可以认为是不变的精密电阻，在精密电阻上产生的电压与负载电流成比例，想办法是这个电压稳定，负载电流也就稳定了。不过，在具体作时，稳流电源比稳压电源要复杂些，问题还要多一些。现代电子设备使用的稳压电源按工作方式大致可分为线性稳压源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压源，就是其调整管工作在线性放大区。这种稳压电源主要缺点是变换率低，一般只有百分之三十五到百分之六十左右。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积较大的散热器。因此，它的应用受到了很大的限制。开关稳压电源的调整管工作在开关状态。主要优点就是变换效率高，可达百分之七十到百分之九十五。体积小，重量轻，调整管功率损耗小，散热器也随之减小，稳压范围宽，对电网造成污染小，而且滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减小。本设计即是利用开关稳压电源的诸多优点来实现直流稳压系统的设计。应用 PWM 脉宽调制技术，采用现代新型电力半导体器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar TransistorIGBT)作为本稳压系统的调整管，其具有耐压高，电流容量大，开关频率高，损耗小等特点。河南机电高等专科学校毕业论文3第 1 章 开关电源的分类及发展趋势1.1 开关电源的分类 人们的开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类，DC/DC 变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但 AC/DC 的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。1.1.1 DC/DC 变换 DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式 Ts 不变，改变 ton（通用），二是频率调制方式，ton 不变，改变 Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类： （1） Buck 电路降压斩波器，其输出平均电压 Uo 小于输入电压 Ui，极性相同。 （2） Boost 电路升压斩波器，其输出平均电压 Uo 大于输入电压 Ui，极性相同。 （3） Buck-Boost 电路降压或升压斩波器，其输出平均电压 Uo 大于或小于输入电压 Ui，极性相反，电感传输。 （4） Cuk 电路降压或升压斩波器，其输出平均电压 Uo 大于或小于输入电压 UI,极性相反，电容传输。 当今软开关技术使得 DC/DC 发生了质的飞跃，美国 VICOR 公司设计制造的多种 ECI 软开关 DC/DC 变换器，其最大输出功率有 300W、600W 、800W 等，相应的功率密度为（6、2、10、17）W/cm3，效率为（80-90）%。日本NemicLambda 公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列，其开关频率为（200300 ） kHz，功率密度已达到 27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET 代替肖特基二极管），是整个电路效率提高到 90%。 河南机电高等专科学校毕业论文41.1.2 AC/DC 变换 AC/DC 变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“ 整流” ，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC 变换器输入为 50/60Hz 的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如 UL、CCEE 等）及 EMC 指令的限制（如 IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加 EMC 滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制 AC/DC 电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决 EMC 电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了 AC/DC 变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。 AC/DC 变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。 1.2 开关电源的选用 开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达（0.51）%。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点： 1.2.1 输出电流的选择因开关电源工作效率高，一般可达到 80%以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为： Is=KIf 式中：Is开关电源的额定输出电流； If用电设备的最大吸收电流； K裕量系数，一般取 1.51.8； 河南机电高等专科学校毕业论文51.2.2 接地开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按 ICE1000EN61000FCC 等 EMC 限制，形状开关电源均采取 EMC 电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有 EMC 电磁兼容滤波器。如利德华福技术的 HA 系列开关电源，将其 FG 端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。1.2.3 保护电路 开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。1.3 开关电源技术的发展趋势目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的kHz 、用制成的kHz 电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用 R-C 或 L-C 缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对 1MHz 以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆 Hz 的变换器的实用化研究。开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致河南机电高等专科学校毕业论文6力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进行创新，实现 ZVS、ZCS 的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的的可靠性大大提高。 模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成 N1 冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。 电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。河南机电高等专科学校毕业论文7第 2 章 开关稳压电源的设计及应用在科研、生产、实验等应用场合，经常用到电压在 515V ，电流在 540A的电 源。而一般实验用电源最大电流只有 5A、10A。为此专门开发了电压4V16V 连续可 调，输出电流最大 40A 的开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率 MOS 管 ， 开 关 工 作 频 率 为 50kHz， 具 有 重 量 轻 、 体 积 小 、 成 本 低 等 特 点 。2.1 技 术 指 标 （1） 交 流 输 入 电 压 AC220V 20 ； （2） 直 流 输 出 电 压 4 16V 可 调 ；（3） 输 出 电 流 0 40A； （4） 输 出 电 压 调 整 率 1 ； （5） 纹 波 电 压 Up p 50mV； （6） 显 示 与 报 警 具 有 电 流 /电 压 显 示 功 能 及 故 障 告 警 指 示 。2.2 工 作 原 理 该 电 源 的 原 理 框 图 如 图 2.1 所 示 。 控制电路 反馈电路辅助电路EMI滤波电路整流滤波电路半桥式变压器输出整流滤波图 2.1 整体电源的工作框图河南机电高等专科学校毕业论文8220V 交 流 电 压 经 过 EMI 滤 波 及 整 流 滤 波 后 ， 得 到 约 300V 的 直 流 电 压 加 到 半 桥 变 换 器 上 ， 用 脉 宽 调 制 电 路 产 生 的 双 列 脉 冲 信 号 去 驱 动 功 率 MOS 管 ， 通 过 功 率 变 压 器 的 耦 合 和 隔 离 作 用 在 次 级 得 到 准 方 波 电 压 ， 经 整 流 滤 波 反 馈 控 制 后 可 得 到 稳 定 的 直 流 输 出 电 压 。 2.3 各 主 要 功 能 描 述 2.3.1 交 流 EMI 滤 波 及 整 流 滤 波 电 路 交 流 EMI 滤 波 及 整 流 滤 波 电 路 如 图 2.2 所 示 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Jun-2007 Sheet of File: D:070315件件件件件ExamplesMyDesign2.ddbDrawn By:C1330C2330C3 C4C5C6 C7R1R2 R3SW-PB1234 D1BRIDGE1T?TRANS11 23 4TLE4909K?RELAY-SPSTC8LNVCCGNDR1R2R3R4R5R6R7C1C2C3 Q2PNPQ?NPNQ1D1D2D3D4D6L2T1TRANS4300VLNC4AP C5CAPABVCCQ2Q1R1 R2R3R4C1APD1D2D3T1VCCR1 R2R3R4R5R6R7R8D1D2C1C2Q1AR112VVCCVCCVCC图 2.2 交流 EMI 滤波及输入整流滤波电路电 子 设 备 的 电 源 线 是 电 磁 干 扰 （ EMI） 出 入 电 子 设 备 的 一 个 重 要 途 径 ， 在 设 备 电 源 线 入 口 处 安 装 电 网 滤 波 器 可 以 有 效 地 切 断 这 条 电 磁 干 扰 传 播 途 径 ， 本 电 源 滤 波 器 由 带 有 IEC 插 头 电 网 滤 波 器 和 PCB 电 源 滤 波 器 组 成 。 IEC 插 头 电 网 滤 波 器 主 要 是 阻 止 来 自 电 网 的 干 扰 进 入 电 源 机 箱 。 PCB 电 源 滤 波 器 主 要 是 抑 制 功 率 开 关 转 换 时 产 生 的 高 频 噪 声 。交 流 输 入 220V 时 ， 整 流 采 用 桥 式 整 流 电 路 。 如 果 将 JTI 跳 线 短 连 时 ， 则 适 用 于 110V 交 流 输 入 电 压 。 由 于 输 入 电 压 高 ， 电 容 器 容 量 大 ， 因 此 在 接 通 电 网 瞬 间 会 产 生 很 大 的 浪 涌 冲 击 电 流 ， 一 般 浪 涌 电 流 值 为 稳 态 电 流 的 数 十 倍 。 这 可 能 造 成 整 流 桥 和 输 入 保 险 丝 的 损 坏 ， 也 可 能 造 成 高 频 变 压 器 磁 芯 饱 和 损 坏 功 率 器 件 ， 造 河南机电高等专科学校毕业论文9成 高 压 电 解 电 容 使 用 寿 命 降 低 等 。 所 以 在 整 流 桥 前 加 入 由 电 阻 R1 和 继 电 器 K1 组 成 的 输 入 软 启 动 电 路 。 2.3.2 半 桥 式 功 率 变 换 器 该 电 源 采 用 半 桥 式 变 换 电 路 ， 其 工 作 频 率 50kHz， 在 初 级 一 侧 的 主 要 部 分 是 Q4 和 Q5 功 率 管 及 C34 和 C35 电 容 器 。 Q4 和 Q5 交 替 导 通 、 截 止 ， 在 高 频 变 压 器 初 级 绕 组 N1 两 端 产 生 一 幅 值 为 U1/2 的 正 负 方 波 脉 冲 电 压 。 能 量 通 过 变 压 器 传 递 到 输 出 端 ， Q4 和 Q5 采 用 IRFP460 功 率 MOS 管 。 2.3.3 功 率 变 压 器 的 设 计 （1） 工 作 频 率 的 设 定 工 作 频 率 对 电 源 的 体 积 、 重 量 及 电 路 特 性 影 响 很 大 。 工 作 频 率 高 ， 输 出 滤 波 电 感 和 电 容 体 积 减 小 ， 但 开 关 损 耗 增 高 ， 热 量 增 大 ， 散 热 器 体 积 加 大 。 因 此 根 据 元 器 件 及 性 价 比 等 因 素 ， 将 电 源 工 作 频 率 进 行 优 化 设 计 ， 本 例 为 fs=50kHz。 （2） 磁 芯 选 用 选 取 磁 芯 材 料 和 磁 芯 结 构 选 用 R2KB 铁 氧 体 材 料 制 成 的 EE 型 铁 氧 体 磁 芯 。 其 具 有 品 种 多 ， 引 线 空 间 大 ， 接 线 操 作 方 便 ， 价 格 便 宜 等 优 点 。 确 定 工 作 磁 感 应 强 度 Bm R2KB 软 磁 铁 氧 体 材 料 的 饱 和 磁 感 应 强 度 Bs=0.47T， 考 虑 到 高 温 时 Bs 会 下 降 ， 同 时 为 防 止 合 闸 瞬 间 高 频 变 压 器 饱 和 ， 选 定 Bm=1/3Bs=0.15T。 计 算 并 确 定 磁 芯 型 号磁 芯 的 几 何 截 面 积 S 和 磁 芯 的 窗 口 面 积 Q 与 输 出 功 率 Po 存 在 一 定 的 函 数 关 系 。对 于 半 桥 变 换 器 ， 当 脉 冲 波 形 近 似 为 方 波 时 为（式 2-1）jKBsfPuCSW2104式 中 ： 效 率 ；j 电 流 密 度 ， 一 般 取 300 500A/cm2； Kc 磁 芯 的 填 充 系 数 ， 对 于 铁 氧 体 Kc=1； Ku 铜 的 填 充 系 数 ， Ku 与 导 线 线 径 及 绕 制 的 工 艺 及 绕 组 数 量 等 有 关 ， 一 般 为 0.1 0.5 左 右 。各参数的单位是：P wW，S cm2， Q cm2， BST，f SHZ，j A/cm2。河南机电高等专科学校毕业论文10取 PW=640W，K U=0.3，j=300A/cm 2， BS = 0.15T。 代 入 式 （ 1） 得=4.558cm4jBsfSQuCSW2104由 厂 家 手 册 知 ， EE55 磁 芯 的 S=3.54 cm2,Q= 3.1042 cm2,则 SQ=10.9 cm4。 （3） 计 算 原 副 边 绕 组 匝 数 按 输 入 电 压 最 低 及 输 出 满 载 的 情 况 （ 此 时 占 空 比 最 大 ） 来 计 算 原 副 边 绕 组 匝 数 ， 已 知 Umin=176V 经 整 流 滤 波 后 直 流 输 入 电 压 Udmin=1.2 176=211.2V。对 于 半 桥 电 路 、 功 率 变 压 器 初 级 绕 组 上 施 加 的 电 压 等 于 输 入 电 压 的 一 半 , 即 Upmin=Udmin/2=105.6V， 设 最 大 占 定 比 Dmax=0.9， 则usDTUP0.921maxmin次 级 匝 数 计 算 时 取 输 出 电 压 最 大 值 Uomax=16V。 次 级 电 路 采 用 全 波 整 流 ， Us为 次 级 绕 组 上 的 感 应 电 压 ， Uo 为 输 出 电 压 ， Uf 为 整 流 二 极 管 压 降 ， 取 1V。 Uz为 滤 波 电 感 等 线 路 压 降 。（4） 选 定 导 线 线 径 在 选 用 绕 组 的 导 线 线 径 时 ， 要 考 虑 导 线 的 集 肤 效 应 ， 一 般 要 求 导 线 线 径 小 于 两 倍 穿 透 深 度 ， 而 穿 透 深 度 由 （式 2-2）决 定（式 2-2）wur2式 中 ： 为 角 频 率 ， =2 fs； 为 导 线 的 磁 导 率 ， 对 于 铜 线 相 对 磁 导 率 u r=1，则 u=u0u r =4p107H/m； 为 铜 的 电 导 率 ， =58 106m；穿 透 深 度 的 单 位 为 m。变 压 器 工 作 频 率 50kHz， 在 此 频 率 下 铜 导 线 的 穿 透 深 度 为 =0.2956mm， 因 此 绕 组 线 径 必 须 是 直 径 小 于 0.59mm 的 铜 线 。 另 外 考 虑 到 铜 线 电 流 密 度 一 般 取 3 6A/mm2， 故 这 里 选 用 0.56mm 的 漆 包 线 8 股 并 联 绕 制 初 级 共 10 匝 ， 次 级 选 用 厚 0.15mm 扁 铜 带 绕 制 2 匝 。2.3.4 辅 助 电 源 的 设 计 辅 助 电 源 采 用 RCC 变 换 器 （ Ringing Choke Converter） ， 见 图 2.3。 其 输 入 电 压 为 交 流 220V 整 流 滤 波 电 压 ， 输 出 直 流 电 压 为 12.5V， 输 出 直 流 电 流 为 0.5A。 电 路 中 Q8 和 变 压 器 初 级 绕 组 线 圈 N1 与 反 馈 绕 组 线 圈 N3 构 成 自 激 振 荡 。 R72 为 启 动 电 阻 。 Q9、 R77 构 成 辅 助 电 源 初 级 过 流 保 护 。 D20、 C81、 ZD1、 Q11、 河南机电高等专科学校毕业论文11R75、 R76 构 成 电 压 检 测 与 稳 压 电 路 ， 控 制 Q8 的 基 极 电 流 的 直 流 分 量 ， 从 而 保 持 输 出 电 压 恒 定 ， 变 压 器 采 用 EE19、 LP3 材 质 构 成 。 初 级 180 匝 ， 反 馈 绕 组 5.5匝 ， 次 级 11 匝 ， 初 级 电 感 量 是 2.6mH， 磁 芯 中 间 留 有 间 隙 0.4mm。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Jun-2007 Sheet of File: D:070315件件件件件ExamplesMyDesign2.ddbDrawn By:C1330C2330C3 C4C5C6 C7R1R2 R3SW-PB1234 D1BRIDGE1T?TRANS11 23 4TLE4909K?RELAY-SPSTC8LNVCCGNDR1R2R3R4R5R6R7C1C2C3 Q2PNPQ?NPNQ1D1D2D3D4D6L2T1TRANS4300VLNC4AP C5CAPABVCCQ2Q1R1 R2R3R4C1APD1D2D3T1VCCR1 R2R3R4R5R6R7R8D1D2C1C2Q1AR112VVCCVCCVCC图 2.3 辅助电源原理图2.3.5 驱 动 电 路 驱 动 电 路 如 图 2.4 所 示 。 TL494 输 出 50kHz 的 脉 冲 信 号 ， 通 过 高 频 脉 冲 变 压 器 耦 合 去 驱 动 功 率 MOS 管 。 次 级 脉 冲 电 压 为 正 时 ， MOS 管 导 通 ， 在 此 期 间 Q7 截 止 ， 由 其 构 成 的 泄 放 电 路 不 工 作 。 当 次 级 脉 冲 电 压 为 零 时 ， 则 Q7 导 通 ， 快 速 泄 放 MOS 管 栅 级 电 荷 ， 加 速 MOS 管 截 止 。 R70 是 用 于 抑 制 驱 动 脉 冲 的 尖 峰 ， R68、 D15、 R67 可 以 加 速 驱 动 并 防 止 驱 动 脉 冲 产 生 振 荡 。 D17 和 与 它 相 连 的 脉 冲 变 压 器 绕 组 共 同 构 成 去 磁 电 路 。河南机电高等专科学校毕业论文121 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Jun-2007 Sheet of File: D:070315件件件件件ExamplesMyDesign2.ddbDrawn By:C1330C2330C3 C4C5C6 C7R1R2 R3SW-PB1234 D1BRIDGE1T?TRANS11 23 4TLE4909K?RELAY-SPSTC8LNVCCGNDR1R2R3R4R5R6R7C1C2C3 Q2PNPQ?NPNQ1D1D2D3D4D6L2T1TRANS4300VLNC4AP C5CAPABVCCQ2Q1R1 R2R3R4C1APD1D2D3T1VCCR1 R2R3R4R5R6R7R8D1D2C1C2Q1AR112VVCCVCCVCC图 2.4 驱动电路原理图2.3.6 风 扇 风 速 控 制 电 路 风 扇 风 速 控 制 电 路 见 图 2.5。 利 用 二 极 管 正 向 管 压 降 随 温 度 升 高 而 呈 下 降 趋 势的 特 性 ， 将 D9、 D10 做 为 散 热 器 温 度 采 样 器 件 。 方 法 是 将 D9、 D10 两 二 极 管 紧 靠 在 散 热 器 上， 当 散 热 器 随 输 出 功 率 加 大 而 温 度 升 高 时 ， 运 放 N2A 正 相 输 入 端 电 平 降 低 ， 输 出 低 电 平 使 三 极 管 Q3 开 始 导 通 ， 风 机 上 电 压 升 高 ， 转 速 升 高 ， 最 终 到 达 最 高 转 速 。 当 负 载 较 轻 ， 使 散 热 器 温 度 低 于 50 时 ， N2A 输 出 高 电 平 ， Q3 不 导 通 ， 辅 助 电 源 12.5V 经 电 阻 R57 降 压 给 风 机 供 电 ， 风 机 处 于 低 速 、 低 噪 声 运 行 状 态 。 此 电 路 可 以 提 高 风 机 工 作 寿 命 ， 增 加 电 路 可 靠 性 ， 亦 可 在 小 负 载 情 况 下 ， 减 少 风 机 带 来 的 噪 声 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 15-Jun-2007 Sheet of File: D:070315件件件件件ExamplesMyDesign2.ddbDrawn By:C1330C2330C3 C4C5C6 C7R1R2 R3SW-PB1234 D1BRIDGE1T?TRANS11 23 4TLE4909K?