反激实验报告

燕山大学 反激变换器系统实验报告反激变换器系统实验报告 专专 业 电力电子与电力传动业 电力电子与电力传动 学学 号 号 7 姓姓 名 王一迪名 王一迪 日日 期 期 2009 6 5 1 反激变换器工作原理反激变换器工作原理 反激型开关电源电路的主要特点是电路简单 成本低 可靠性高 稳压范 围宽 故许多家用及办公室电子电器采用了此种电路 本次实验主电路的拓扑结 构是一个反激变换器 采用TNY279控制 5V及3A输出低成本高效率电源电压 这 个高频变压器的设计会在下文中重点讲述 本次设计的电路提供了一个5V 的稳压电源 也可以设计成3 3V 这些可以应用于需要稳压电源的电器上 如 DSP的供电电源 5V 电脑的供电电源 3 3V 下面简述一下反激式隔离变换器的工作原理 in V L R C D 1 T L I 图 1 隔离式单端反激电路的原理 如图 1 所示 电路的工作过程如下 当 T 导通时 它在变压器初级电感线 圈中储存能量 与变压器次级线圈相连的二极管 D 处于反偏压状态 所以二极 管 D 截止 变压器次级线圈无电流流过 即没有能量传输给负载 当 T 截止时 变压器次级线圈中的电压极性反转 使得 D 导通 在输出电容 C 充电 输出并 联电容还有滤波的作用 同时负载 R 上也有电流 I 流过 原边绕组只通过一个开关与输入电源相连 用一个高频变压器实现能量传 递 同名端反接 高频变压器的作用 1 原副边的隔离 2 原副边的能量传递 储能与馈能 3 电压变换 升 降压 如图3所示 反激变换器系统主要由反激变换器主电路 输出检测及给定电路 光电耦合电路 一片TNY279及其外围电路构成 传统的控制方法是设计好原副 边的匝比 通过改变开关的占空比调节输出电压的高低 然而本次实验电路并 不是通过调节占空比来调节输出电压的 TinySwitch III 在一个器件上集成了 一个高压功率MOSFET开关及一个电源控制器 与通常的PWM 脉宽调制 控制 器不同 它使用简单的开 关控制方式来稳定输出电压 通过漏极脉冲遗漏的方 式达到调节输出电压的目的 TinySwitch III 器件以流限模式工作 开启时 振荡器在每个周期开始时开 通功率MOSFET 电流上升到流限值或达到 DCMAX 的极限时关断 MOSFET 由于TinySwitch III 设计的最高流限值与频率是定值 它提供给负载 的功率与变压器初级电感及峰值初级电流的平方成正比 因此 电源的设计包 括计算实现最大输出功率所需的变压器初级电感 如果根据功率选择了正确的 TinySwitch III 那么流过电感内的电流会在达到DCMAX极限前上升到流限值 反激变换器系统工作原理简述如下 在输入电压较低时 TNY279中有欠压 保护 连接在直流电压与EN UV引脚间的外接电阻可用于监测直流输入电压 在通电或自动重启动时功率MOSFET开关禁止期间 流入EN UV引脚的电流必 须超过25 A 以启动功率MOSFET 在通电时 旁路 多功能引脚在欠压情况下 会被维持在4 9 V 一旦欠压情况消除 旁路 多功能引脚会从4 9 V上升到5 85 V 如果在自动重启动的功率MOSFET禁止开关期间出现欠压情况 则自动重 启动计数器会停止计数 这使禁止时间从正常的2 5秒延长到欠压消除为止 欠 压电路还能同时检测到没有外部电阻连接到EN UV引脚的状况 低于的电A 1 流流入此引脚 在此情况下则禁止欠压保护功能 当输入电压提高到使 TNY279 工作后 整个系统都开始工作 输出电压为 5V 当系统稳定运行时光电耦合器 LTV817 输入侧两端电压以一定波动 使得光 电开关工作在开关状态 在正常工作时 引脚 EN UV 控制功率 MOSFET 的开 关 当从此引脚拉出的电流大于某个阈值电流时 MOSFET 将被关断 当此引 脚拉出的电流小于某个阈值电流时 MOSFET 将被重新开启 对阈值电流的调 制可以防止群脉冲现象的发生 阈值电流值在到之间 即达到控A 60A 115 TNY279 漏极端 D 的脉冲稳定遗漏 当负载增大时光电耦合器 LTV817 输入 侧二极管两端的电压低压时间变长使得 TNY279 使能端 EN UV 下拉电流变 短 从而控制 TNY279 漏极端 D 被遗漏的脉冲减少 以平衡负载增大所引 起的压降 使得输出电压稳定在 5V 当输入电压增大时 幅边整流后的电压增 大 使得光电耦合器 LTV817 输入侧两端电压变高 则 TNY279 使能端 EN UV 下拉电流增加 控制 TNY279 漏极端 D 的脉冲遗漏 以平衡输 入侧电压的增大 使输出电压稳定在 5V 图 1 2 反激变换器系统原理图 2 设计目标设计目标 输入电压在 150V 380V 范围内输出电压均能稳定在 5V 输出功率 15W 3 反激变压器设计反激变压器设计 设计步骤 1 磁芯选择 本实验选择 PCEE22 Z 型磁芯 满足功率要求 解得 2 15 80 132 400 0 2 o PWfK JA cm k 取 44 33 75 10 2 0 0799 toowet PPPW A APBfJkcm PCEE22 Z 型磁芯的为 满足要求 we A A 4 0 18cm 4 0 0799cm 2 确定匝数比 根据 279 的设计参数根据系统设计要求 smax 0 65 f132 0 4 pk IAK D 取 解得 inmin 150V V 一次侧最大电感 inminmax p s 699 3 f pk D LF I V 单位周期内存储在磁芯中的能量为 2 ppks f19 515LIWW 1 2 原幅边匝数比取为 15 max max 15020 0 4 15 48 1 50 6 0 6 i o VD n VD 3 确定匝数 取 63 匝 取 4 6 p 6 0 65 699 3 10 63 131 36 10 0 2 P e IL N AB 匝4 2 P N n S N匝 匝 4 系统实验系统实验 1 输入电压 100V 以下 TNY279 处于欠压保护状态 输入电压高于 100V TNY279 开始投入工作 图 4 1 图 4 2 分别为 TNY279D 端的上电波形和 下电波形 图 4 1TNY279D 端上电波形 图 4 2TNY279D 端下电波形 2 上下电时 TNY279 BP 端和偏置绕组整流输出电压波形 1 路为 TNY279BP 端输出电压波形 2 路为偏置绕组整流输出电压波形 图 4 3 上电输出电压波形 图 4 4 下电输出电压波形 3 轻载时 TNY279D 端有较多脉冲被遗漏 所以周期较长 重载时被遗漏的脉 冲较少 所以周期较短 图 4 5 图 4 6 分别为轻载时 TNY279D 端的电压 波形和放大波形 图 4 7 图 4 8 分别为重载时 TNY279D 端的电压波形和 放大波形 如图所示轻载时脉冲周期为 57us 重载时脉冲周期为 28us 图 4 5 轻载时 TNY279D 端的电压波形 图 4 6 为图 4 5 的放大波形 图 4 7 重载时 TNY279D 端的电压波形 图 4 8 为图 4 7 的放大波形 4 TNY279BP 端和 EN 端在轻载和重载时输出电压 轻载时脉冲遗漏较多 两路波形的波动周期较长约 60us 重载时脉冲遗漏较少 两路波形的波动 周期较短 约 28us 图 4 9 重载时 TNY279EN 端电压波形 图 4 10 重载时 TNY279EN 端电压波形 5 轻载时和重载时变换器输出电压和 431 阴极电压波形 输出电压无论轻载 还是重载都稳定在 5V 因光电耦合器输入电压为 1 2V 所以 431 阴极电压基 本在 3 8V 轻载时要求脉冲遗漏较多 431 阴极电压高脉冲较多 使得 279EN 端低电压时间较长 重载时反之 图 4 11 重载时 431 阴极电压波形 图 4 12 轻载时 431 阴极电压波形 6 突加负载时变换器输出电压波形 突加负载时变换器系统通过闭环调整是 得输出电压稳定在 5V 图 4 13 重载到轻载 T3 端电压波形 图 4 14 轻载到重载 T3 端电压波形 5 实验中出现的问题及分析解决方案实验中出现的问题及分析解决方案 在电路焊接完成后接整流电路 按照实验步骤完成连接 测试输出端的电 压值是 3V 首先分析 KA431AZ 反馈端的电压的情况 采样点电压 KA431AZ 为 2 5V 理论分析这个点的电压是 2 5V 这样电路就工作在输出为 5V 的稳定 的情况 现在 R634 和 R633 的阻值是一样的时候这点的电压是 2 5V 是否工作 正常存在疑问 用万用表测试电路的连接上没有发现问题 但是测到电阻 R633 时 发现了虚焊 以致使输出电压在 2 5V 到 5V 之间 重新焊接后 输出正常 6 实验总结实验总结 通过本次实验使我们的理论和实践相结合 对我们来说是一个锻炼动手实 验能力 独立深入思考能力 以及团结协作能力的好机会 在本次实验中我受 益匪浅 从元器件的测试到电路板的焊接 我遇到 发现 解决了很多问题 增长了许多实践知识 锻炼了自己的动手能力 思考能力 这对于我们在实验 中发现问题 解决问题这样一个思考过程更是一次很好的锻炼 从中实验我也 发现对于有些基本的理论知识掌握的不够扎实 缺乏灵活应用的能力 最后 感谢为本次实验提供元器件资料的光宝公司 感谢始终在现场悉心指导我们的 郑颖楠老师 感谢在实验中热情帮助我的同学 附录附录 反激变换器实验步骤反激变换器实验步骤 1 主电路的调试主电路的调试 1 焊接完毕用万用表检查电路是否连接正确有无虚焊点和短路情况 电路器 件是否连接正确 2 按照图纸连接电路 检查整流电路的输出电压极性与反激电路的输入端是 否连接正确 反激电路输出是否接有负载 滑动变阻器的值调到 10 20 3 给电路加电压 测试整流电路输出是否正确 此时交流加压 45v 交流电 压达到 75v 左右时 整流输出电压 100v 测试点整流桥的整流输出正负 电路 TNY279 欠压保护端的欠压情况消除 流入 EN UV 引脚电流超过 25uA 电路开始工作 用万用表测试输出端电压是否为 5v 测试 T1 和 T2 输出 5V 电压的正负极 4 用示波器测试变压器副边电压和原边电压波形并做记录 二极管两端波形 观察在有吸收电路时 二极管关断瞬间的电压波形并做记录 2 控制电路的调试控制电路的调试 1 用示波器检测 TNY279 漏极电压 测试 T7 和 T5 T5 是直流电源的负极 T7 是 TNY279 漏极端 和 EN UV 端口电压 测试点 T8 和 T5 T8 在 TNY279 标志点的第一个管脚即 EN UV 观测漏极电压的波形 判断电 路的负载轻重 2 用示波器测试给 TNY279 的供电的偏执绕组电压 测试 T6 和 T5 T6 是电 容 C