电力电子课程实习报告

1、电力电子课程实习报告班级： 电气x-x班 学号： xxxxxxxxx 姓名： xxxxx 1、 实习目的（1） 熟悉Power MosFET的使用；（2） 熟悉磁性材料、磁性元件及其在电力电子电路中的应用；（3） 增强设计、制作和调试电力电子电路的能力。2、 实习内容 设计一个170/12V（1A）的开关电源，要求画出必要的设计电路图，进行必要的电路参数计算。小组成员一起完成电路的焊接任务。三、设计原理和相关计算 1、引言电力电子技术有三大应用领域：电力传动、电力系统和电源。在各种用电设备中，电源是核心部件之一，其性能影响着整台设备的性能。电源可以分为线性电源和开关电源两大类。线性电源是把直流

2、电压变换为低于输入的直流电压，其工作原理是在输入与输出之间串联一个可变电阻（功率晶体管），让功率晶体管工作在线性模式，用线性器件控制其“阻值”的大小，实现稳定的输出，电路简单，但效率低。通常用于低于10W的电路中。通常使用的7805、7815等就属于线性电源。开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小），所以开关电源具有能耗小、效率高、稳压范围宽、体积小、重量轻等突出优点，在通讯设备、仪器仪表、数码影音、家用电器等电子产品中得到了广泛的应用。反激式功率变换器是开关电源中的一种，是一种应用非常

3、广泛的开关电源。2、 基本反激变换器工作原理基本反激变换器如图1所示。假设变压器和其他元件均为理想元器件，稳态工作下。图1 反激变换器的原理图电路工作过程如下：当M1导通时，它在变压器初级电感线圈中存储能量，与变压器次级相连的二极管VD处于反偏压状态，所以二极管VD截止，在变压器次级无电流流过，即没有能量传递给负载；当M1截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转，使VD导通，给输出电容C充电，同时负载R上也有电流I流过。M1导通与截止的等效拓扑如图2所示。 （A）（B） 图2 反激变换器的两种工作状态反激变换器的工作过程大致可以看作是原边储能和副边放电两个阶段。原边电流和副边电流在这两个阶段

4、中分别起到励磁电流的作用。如果在下一次M导通之前，副边已经将磁路的储能放光，即副边电流为零，则称变压器运行于断续电流模式（DCM），反之，则在副边还没有将磁路的储能放光，即在副边电流没有变为零之前，Q又导通，则称变压器运行于连续电流模式（CCM）。通常反激变换器多设计为断续电流模式（DCM）下。当变换器工作在CCM下时，输出与输入电压、电流之间的关系如下：=， =， 其中=, =。当变换器工作在DCM下时，上述关系仍然成立，只不过此时的增益变为：=,=<可以看出，改变开关器件Q的占空比和变压器的匝数比就可以改变输出电压。3、 反激变换器的吸收电路:由于在实际中反激变换器存在各种寄生参数，

5、如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。在这种情况下，反激变换器是不能可靠工作的。所以为了让磁通可靠复位，加了RC吸收电路。其图如下所示：（a）（b）图3 吸收电路4、 反激变换器的系统结构反激式变换器的系统结构示意图如图所示。由图中可以看出，一个AC输入DC输出的反激式变换器主要由如下五个部分组成：输入电路、变压器、控制电路、输出电路和吸收电路。输入电路主要包括整流和滤波，将输入的正弦交流电压变成直流，而输出电路也是整流和滤波，是将变压器副边输出的方波电压单向输出，且减少输出电压的纹波。所以，反激变换器的关键在于变压器和控制电路的设计。这也是本次课程设计的重点。图4 反激变换器的系统结构图5、

6、反激变换器的变压器的设计思路在本次实习中提供的变压器的铁芯是EE28铁氧体铁芯，其在25摄氏度的磁导率为，铁芯的初始磁导率为。变压器选择的相关参数包括：原副边匝数比、原边匝数、副边匝数和气隙，本次试验中用到的变压器的绕组的漆包线已经给定，无需选择。（1）根据输入的最高直流电压和开关管Q的耐压确定原副边匝数比：=1.4170=238V ,=600V ,=80% 。=11.7，这就求出了匝数比的上限值，匝比只能比这个小， 取= 10.在此基础上求出最大占空比，即最大导通时间，为了保证电路工作于DCM模式，磁路储能和放电的总时间应控制在0.8T以内，所以：=0.2833， 取D=0.28 。（2）

7、原边匝数的计算：根据磁芯，得到有效的导磁截面积，则原边匝数应保证在最大占空比时磁路仍不饱和。电压冲量等于磁路中磁链的变化量，正真的原边匝数必须比这个值大，才可能让磁路不饱和。通常取2倍的上述值，取。根据上面两步的结果，很容易求出副边匝数。（3） 气隙长度的计算：原边的峰值电流为求出气隙长度为：=0.1mm。图5 功率变压器磁路示意图6、控制系统的设计（1）振荡器：振荡器的频率有定时元件，决定，我们小组的频率选为80KHZ。（2）电压误差放大器：在本次实习中在输入与输出的隔离开关电源中，为了减小误差，通常采用外置电压环，即将U3845的内部误差放大器旁路掉。（3）电流比较器:电流比较器的门槛值有

8、误差放大器的输出给定，当电压误差放大器显示输出电压太低时，电流的门槛值就增大，使输出到负载的能量增加，反之也一样。整个控制部分的原理图如下所示：图6 UC3845控制原理示意图几个重要器件的介绍:(1) UC3845UC3845芯片为SO8或SO14管脚塑料表贴元件。专为低压应用设计。其欠压锁定门限为8.5v（通），7.6V（断）；电流模式工作达500千赫输出开关频率；在反激式应用中最大占空比为0.5;输出静区时间从50%70%可调；自动前馈补偿；锁存脉宽调制，用于逐周期限流；内部微调的参考源；带欠压锁定；大电流图腾柱输出；输入欠压锁定，带滞后；启动及工作电流低。芯片管脚图及管脚功能如图1所示

9、。图7 UC3845芯片管脚图1脚：输出/补偿，内部误差放大器的输出端。通常此脚与脚2之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。2脚：电压反馈输入端。此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压（2.5 V）进行比较，调整脉宽。3脚：电流取样输入端。4脚：R T/CT振荡器的外接电容C和电阻R的公共端。通过一个电阻接Vref通过一个电阻接地。5脚：接地。6脚：图腾柱式PWM输出，驱动能力为土1A.7脚：正电源脚。8脚：V ref，5V基准电压，输出电流可达50mA.（2）TL431 TL431是一个良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。外部有三极分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANOD

10、E）、参考端（REF）。其芯片体积小、基准电压精密可调，输出电流大等优点，所以可以用来制作多种稳压器件。其具体功能可用图4.14的功能模块示意。由图可看出，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放特性可知，只有当REF端的电压十分接近VI时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管，电流将从1到100mA变化。图8 TL431的功能模块示意图在开关电源设计中，一般输出经过TL431（可控分流基准）反馈并将误差放大，TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的PWM控

11、制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。（3）PC817PC817是一个比较常用的光电耦合器,内部结构如图4.15所示，其中脚1为阳极，脚2为阴极，脚3为发射极，脚4为集电极。在开关电源中，当电流流过光二极管时，二极管发光感应三极管，对输出进行精确的调整，从而控制UC3842的工作。同时PC817光电耦合器不但可起到反馈作用还可以起到隔离作用。 图4.15 PC817内部框图7、 UC3845的主要外围电路设计（1） 供电,取。(2) 电流检测接在功率MOSFET源极上的电流检测电阻大概值为：，取。（3） 电压反馈控制,要求流过二极管的最大电流为：,所以，,取。 取。 取 取4、 调试

12、过程遇到的问题与解决办法1. 外加直流电源缩小排查范围。我们小组按照理论计算选择好器件后，便开始了焊接任务，经过布局和细致的焊接后就开始了第一次上电试验，但是没有输出，而且稳压管两端电压只能达到6v左右，由此可知uc3845不能正常工作，自然也没有输出。于是我们想到自己可以外加一个9v左右的直流电源使uc3845工作起来，进而观察输出情况。按照这个思路进行试验，发现外加电源后有输出且满足空载要求12v。这个结论说明我们焊接的电路问题出在了供电回路，而其它部分可以正常工作，于是问题变成了如何提高稳压管两端电压使uc3845工作起来。2. 仔细检查供电回路，发现问题根本。当任务转变到找出供电回路问

13、题后，我们便开始了查找错误的路程。首先我们逐一检查供电回路别的各个器件，发现没有器件损坏情况；接着开始检查电路焊接情况，开始并没有检查出错误，于是郁闷了，请教同学也得不出有效结论。最后我们又硬着头皮检查了好几遍电路，于是发现问题了，供电回路没有有效接地，导致稳压管两端电压达不到8.5v。于是我们改正了这个隐蔽的错误，上电后发现有符合要求的空载输出电压。3. 粗心导致电路部分器件烧毁，仔细检查并更换。在上电后，在测量相关物理量时，不小心将开关管脚短接，于是看到火光闪过，就没有输出了。于是我们又开始逐一检查可能损坏的器件，发现开关管以及与开关管相连的驱动电阻、二极管烧毁了，更换后上电试验一切恢复正

14、常。4. 带负载试验时稳压管电压上升厉害。开始带负载后，发现当负载开始增加时，稳压管两端电压从12.7上升至14.4左右，时间过长时，导致稳压管损毁。根据其他同学的经验，我们拆下了变压器，把辅助绕组匝数减少1，重新完成后试验，问题的到很好的解决。 以上就是我们小组遇到的全部问题，可能运气比较好，没有遇到很多其他同学遇到的更加难的问题，比如带负载输出电压下降厉害等等。5、 总结为期两周的课程设计很快就结束了，自己感觉收获很多。1. 基本功得到检验并加强了。课程设计涉及很多电力电子，电路，模拟电子的基本知识，在课程设计过程中，所涉及的基本知识得到了加强。例如，功率电源电路中的不控整流环节是电力电子的基本知识，例uc3845 模拟器件的工作原理就是模拟电路的知识。此外，对一些常用的基本器件也有了更好的认识，例如，如何通过色环看电阻阻值，如何看电容正负极性，示波器的使用，万用表的使用，如何判断器件