反激实验报告

燕山大学反激变换器系统实验报告专 业：电力电子与电力传动学 号：7姓 名：王一迪日 期：2009.6.5 1. 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：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25A，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. 设计目标输入电压在150V380V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：PCEE22-Z型磁芯的为满足要求。 2) 确定匝数比：根据279的设计参数根据系统设计要求,解得一次侧最大电感，单位周期内存储在磁芯中的能量为,原幅边匝数比取为15。3) 确定匝数：，取63匝，取4匝。4. 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 反激变换器实验步骤1. 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10W20W。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C503的正极端），观测在电路加电瞬间