Flyback电路设计.doc

目录一、摘要1二、课程设计任务书2三、Flyback电路的分析与建模33.1 Flyback电路原理分析33.2 Flyback电路的建模及仿真10四、UC3844芯片的建模及仿真22五、计算纹波系数23六、总结24一、摘要本课程设计的目的是对直流直流变流电路中常用的带隔离的直流直流电流电路Flybackd电路（反激电路）进行电路分析，建模并利用simetric软件进行仿真。首先是理解分析电路原理和各元件的参数，以元件初值为起点，用simetric软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真，得出仿真波形。在仿真过程中逐步修正参数值，使得仿真波形合乎要求，最后再通过理论计算加以验证结果的合理性。此外还对基于UC3844芯片控制的反激电路进行系统建模，用Matlab软件仿真，进行静态和动态分析。关键字：Flyback MATLAB 仿真 二、课程设计任务书1 题目Flyback电路建模、仿真2 任务1 分析反激电路的工作原理, 用simetric软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真，得出仿真波形2 对基于UC3844芯片控制的反激电路进行系统建模3 要求内容包括原理分析、模型仿真、仿真结果分析、生成曲线、数据分析三 Flyback电路的分析和建模3.1 Flyback 电路原理分析一. 直流直流变流电路开关电源分为，隔离与非隔离两种形式。隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激，包括单管正激，双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。 正激和反激电路各有其特点，在设计电路的过程中为达到最优性价比，可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路，中等功率可采用双管正激电路或半桥电路，低电压时采用推挽电路，与半桥工作状态相同。大功率输出，一般采用桥式电路，低压也可采用推挽电路。 如图所示：反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对互相耦合的电感。S开通后，VD处于断态，绕组W1的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，绕组W1的电流被切断，变压器的磁场储能通过绕组W2和VD向输出端释放。S关断后的电压为 。反激电路可以工作在电流断续和电流连续两种模式：1）如果当S开通时，绕组W2中的电流尚未下降到零，则称电路工作于电流连续模式。2）如果当S开通时，绕组W2中的电流已经下降到零，则称电路工作于电流断续模式。二. 详细阐述下面反激电路的工作原理反激电路：反激变压器的原副边匝比分别为：副边上面匝比为：1：0.1副边下面匝比为：1：0.3输入：阶跃波形（幅值为160V）工作频率：100KHz输出电压：为5V、为16V R8与C3的作用是吸收原边绕组的过充电流，防止原边绕组电压过高，同时吸收初级线圈的高频电压毛刺、降低关断时MOS管承受的电压。R3与C5串联、R6与C1串联的作用是吸收副边上侧绕组的过充电流，R11与C8串联作用是吸收副边下侧绕组的过充电流，此阻容电路用于吸收次级产生的高频毛刺，目的都是防止副边绕组电压过高。R2、R10作为负载，防止输出电压输出太大损坏电路元件。C7与C11都是起到稳压的作用。Vsense经R4到达Vfb电压反馈端。D4的一侧与Vp端相连，也为控制器提供电压。D3起到钳位的作用，为控制器提供稳定电压，防止非正常原因下UC3844供电电压过高而烧坏。R9、R5作用是起到电流采样，为电流反馈端Sense提供采样电流，D1选用超快恢复二极管可以减少反向恢复时间，降低输出纹波。当电路接入阶跃电源V1后，V1通过限流电阻R14向UC3844提供电压，UC3844电压由0快速上升，到16V时UC3844开始输出PWM脉冲经过R1消振驱动MOS管，PWM脉冲频率由R7、C4确定，最高频率为，输出死区时间由C4确定,150ns左右MOS管导通时,TX2初级线圈电流线性增大。初级线圈电流经过R9采样取出、通过R5、C6进行滤波之后反馈到UC3844的电流传感端口，当电流增大到时，UC3844封锁输出为0，功率MOS管关断，TX2初级线圈储存的能量向次级线圈转移。第一个次级线圈电流经过D1整流、C1滤波之后向负载R2供电，电压为Vsense/3=5.4V；第二个次级线圈电流一路经D2、C7整流滤波之后在R10上得到Vsense，再由R4、R13分压作为UC3844的反馈电压输入误差放大器，由此得到，C2、C9、R12组成了交流超前补偿电路，防止自激，其好处是不影响输入到电压反馈端的采样电压，输入电压另一路经D4、C11整流、滤波之后向UC3844自持供电。 3.2 Flyback电路的建模及仿真用simetric软件画出电路的模型、并且对电路进行仿真，得出仿真波形。仿真模型：仿真波形：放大后的波形：四 UC3844芯片的建模及仿真1. UC3844简介随着现代科技的飞速发展，功率器件也不断更新，PWM 技术的发展也日趋完善，开关电源正朝着小、轻、薄的方向发展。由于反激变换器具有电路拓扑简单、输入电压范围宽、输入输出电气隔离、体积重量小、成本低、性能良好、工作稳定可靠等优点，被广泛应用于实际变换器设计中。UC3844图：管脚与电路图中UC3844对应关系如下：Vp（7），COMP（1），SENSE（3），Vfb（2），GND（5），REF（8），Voul（6）,OSC(4)UC3844各管脚与Flyback电路的作用关系如下:这个电路里UC3844采用恒定频率控制，震荡频率由Ref与Osc之间的电阻R7和Osc与地之间的电容C4决定。Vfb是电压反馈端，将采样电压加至误差放大器的反相输入端。Sense是电流反馈端,电流取样电压由Sense输入到电流比较器。Comp是补偿端,外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。Vout为控制器的推挽输出端，经R1与场效应管栅级连接，控制场效应管的开通和关断。2. 电流型PWM控制系统电流型PWM正是真对电压型PWM的缺点发展起来的，它在原有的电压环节上增加了电流反馈环节，构成电压电流双闭环控制。内环为电流控制环，外环为电压控制环，无论电流的变化还是电压的变化，都会是PWM输出脉冲占空比发生变化。这种控制方式可改善系统的电压调整率，提高系统的瞬态响应速度，增加系统的稳定性。其控制框图如下：用Matlab仿真模型:仿真结果波形：动态性能：延迟时间：输出第一次达到稳态值50%所需要的时间为0.05s。上升时间：输出响应第一次到达稳态值的时间为0.08s。峰值时间：输出超过稳态值到达第一个峰值所需要的时间为 0.17s调节时间：当阶跃响应曲线到达并不再超出稳态误差带所需的最小时间为1.6s。静态性能：稳态误差：当时间趋于无穷大时，系统阶跃响应的稳态值与期望值之差为0.025。五 计算纹波系数计算纹波系数：纹波系数即峰峰值（为峰峰值）纹波是由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。计算过程如下：由仿真结果知：Vsense的峰峰值Vpp=16.3-15.9=0.4V故Vsense的纹波系数为Voutput的峰峰值Vpp=5.1-4.95=0.15V故Voutput的纹波系数为六 总结在Flyback反激电路设计中，我将曾经学过的“电力电子技术”和“自动控制原理”以及“Matlab系统仿真”课程的相关内容进行了复习，同时通过实际的应用，对书本上的知识得到了重新的认识，把遗忘的差不多都不上了，有的掌握的更加扎实，有的掌握的更加准确。 在设计的开始阶段，由于之前没做过类似的设计，也没有什么模版可以参考，没有思路，无从下手，经过和同学讨论，查找相关资料，看书，我逐渐有了思绪，渐渐懂得如何分析和设计。在进行电路模型建立和仿真的过程中，学会运用simetric软件，又重新复习Matlab系统仿真的运用，虽然编写过程中遇到不少麻烦，但学会这些软件，相信对以后有很大帮助。此外，在对反激电路的设计中，对电力电子技术及其运用有了更多的认识，因为