基于IR2161的电子变压器设计_说明书

1、信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）设计（论文）题目: :基于 IR2161IR2161 的电子变压器设计专 业:_ 通信技术_班 级:_ 通技 07-107-1_学 号:_姓名:_指导教师:_二OO九年十二月二十四日四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）摘要.0矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。绪论.1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。第1章总体方案设计.2残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1方案提出 .2酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.2方案论证.2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。第2章参数计算和元件选择.5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。2.1输入电源整流滤波电路 .5厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2.2IR2161芯片电路.5茕桢广鳓鯡选块网羈

2、泪。2.3变压电路.9鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。第3章制作与调试.11籟丛妈羥为贍债蛏练淨。3.1印制电路图.11預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3.2制作调试注意事项 .11渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。总结.12铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。致谢.13擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。参考文献14贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。附录1电路原理图.15坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。附录2PCB版图.16蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第3页附录3元器件明细表.17買鯛鴯譖昙膚遙闫撷凄。摘要我们身边的小型电子产品用的变压器大部分都是电子变压器，女口：手机的充电器、照明光源、电视机、VCD机、DVD机、电磁炉里的电源以及电

3、脑里的电源等等。电 子变压器具有无噪音、自身耗能低、电压适应范围广等许多优点。电子变压器的广泛 应用得益于科技的进步，电子元件成本的降低。在以前无论是直流变压器还是交流变 压器，都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器， 所以以前的电子产品都非常笨重，而 现在的家用电器都非常轻巧灵便。根据产品的更新速度，我借鉴前人的一些知识对电 子变压器进行了改进，以IR2161芯片为背景设计出一款功能齐全，成本较低的电子 变压器。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。关键词 变压；节能；IR2161芯片四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第1页随着电子技术的飞速发展，变压器的运用越来越广泛，电子变压器的种类和功能 越来越齐

4、全。因此，讨论电源技术与电子变压器之间的关系： 主要讨论电源技术对电 子变压器的要求，像所有作为商品的产品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能 中追求最高性价比。有时可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率和性能。现在，轻、 薄、短、小”成为电子变压器的发展方向，这几种发展方向都是强调降低成本。从总 的要求出发，可以对电子变压器得出四项具体要求，即：使用条件、完成功能、提高 效率、降低成本。因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便电 子变压器显得十分必要。为了达到以上要求，本设计采用了基于IR2161芯片电路的电子变压器，该电子变压器功能比较齐全。希望自己能对电子变压器技术进步做

5、一点 小小的贡献。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第2页第 1 1 章总体方案设计1.1方案提出设计电子变压器之前，先考虑以下几方面的因素：第一，家用小型电器工作电压不能直接使用220V市电，必须先经过处理才能使 用。不同的电器设备的工作电压不同，所以需变压器作适当处理。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。第二，我们所设计的变压器能够满足用户需求，能够使生产厂家与消费者达到双赢的目的。第三，制作的电路越简单越好，并要考虑用户安装与使用的方便。第四，应考虑电路安全可靠，并且节约能源。有鉴于此，自己在前人的基础上，总结出如下两种方案：1电子变压器；2.基于IR2161芯片的电子变

6、压器。1.2方案论证1.2.1方案一功能描述：本电路输入端接220V的市电电压。二极管D1D4构成桥式整流电 路把市电变成直流电，由振荡变压器TR1，三极管T1、T2组成的高频振荡电路，将脉 动直流变成高频电流，然后由输出变压器TR2对高频高压脉冲降压，获得所需的电压 和功率。R为限流电阻，电阻R2、电容G和双向触发二极管D5构成启动触发电路。图 1-1 系统方框图电子变压器的电路原理图如图1-2所示。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第3页122 方案二功能描述：本电路输入端接220V的市电电压。二极管DD4构成整流电路把 市电变成直流电，采用集成芯片IR2161，该集成芯片用于代替

7、上面的高频振荡电路。 它将脉动直流变为高频直流，然后由输出变压器Ti对高频脉冲降压，从而获得所需的 电压和功率。IR2161芯片自身附带其它的功能，比如运用在卤素灯的变压器中，其 优点有：不需要预热和触发启动时间、无需大容量滤波电容、输出是经隔离的高频低 压、安全性好。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。通过以上分析，总结出基于IR2161芯片的电子变压器的系统方框图如图1-3所 示。图 1-3 系统方框图基于IR2161芯片的电子变压器的原理图如图1-4所示四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第4页1.2.3方案结论方案一的优点：本电路做成的电子变压器容易调节，各种元器件也比较普通，能够变压。但是电

8、子产品的成本比较高，运用在大型的家用电器中的电源变压比较合适。 缺点：此种电源电路生产出来的产品不能够占有市场，消耗金属材料，没有满足节约成本的要求。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。方案二的优点：本电路做成的电子变压器。是基于智能半桥驱动器芯片IR2161的电子变压器，无需饱和磁环变压器，仅需用少量元器件，则可实现变压功能。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。鉴于两个方案的比较，为了节约成本、减小实物体积，本次毕业设计选用方案二， 即基于IR2161芯片的电子变压器。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。UE 11T3MEH_ 0 ?.:C DCVCC1FCSS0WiO FWL nT.FOVInT.TOV51CHT2 1 U414S

9、图 1-4 基于 IR2161 的电子变压器电路原理图DJ2負C FJ 5diat iv-1JITB1 5f*I -IOCT；L八n._ TFAJ4： 41四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第5页第 2 2 章 参数计算和元件选择2.1输入电源整流滤波电路输入电源220V的交流电压。电流经过的电压为市电220V，经过电感LF和电容CLF充电，然后经过四个二极管组成的桥式整流以后得到直流电源。 在输入电源经过 整流电路以后得到直流电压，但是波动较大仍然不能直接作为电源使用， 还需进行再 一次滤波，将其中的交流成分滤掉。凍鈹鋨劳臘错痫婦胫籴。工作原理：当电容两端电压U2升至U2U 时二极管

10、Di、D3在正向电压作用下工 作。此时U2经Di、D3向RD提供电流，一方面向电容CD充电。当U2(1.52)1即:I =0.033 2 =0.066A二极管IN4007的最大整流Im=1A0.066A，故D1D4选择1N4007型二极管。单元电路如图2-1所示：鯊腎鑰诎漣鉀沩懼統庫。图 2-1 桥式整流电路2.2IR2161芯片电路2.2.1IR2161 芯片工作原理在接通市电电压后，桥式整流器通过 Rs 的电流除流入IC脚VCC上的启动电流外，其余的大部分电流对电容 CVCC1充电。当IC脚VCC上的电压达到启动阈值11.8V后,IC开始工作。一旦IC启动，由CSNUB、DCPI和DCP2

11、组成的电荷泵电路为IC脚VCC馈送电流。自举二极管DB和电容CB为IC高侧驱动器电路供电。齐纳二极管DZ的作 用为分流IC过剩电流，以防四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第6页止IC损坏。IR2161提供软件启动操作，可以避免浪涌 电流产生。IR2161输出125kHz的高频。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。由于系统中输出高频变压器T,初级漏感是固定的，在较高的频率下呈现较高的阻 抗，初级绕组上的电压较低。致使变压器输出电压较低，电流较小，同时也避免了保 护电路被触发。约经1s的时间，电路以较低频率运行。在此过程中，IC脚3外部电 容CSD上的电压从0V增加到5V。 当空载时，VCSD=0V，

12、振荡器频率约60kHz在最大 负载下，VCSD=5V， 振荡器频率约30kHz。当输出短路时，电流流过半桥，被RCS感测。只要IC脚CS上电压超过1V的门限电平持续50ms以上的时间，系统将关闭。如果负载超过最大负载的50%,IC脚4上的电压将超过0.5V较低的门坎电压，在经0.5s之后，系统将关闭。不论是短路保护还是过载保护，都能自动复位。IR2161还提供过热关闭功能。当芯片结温超过135C的过温度限制值时，半桥开关将停止工作，以避免MOSFET烧坏。单元电路如图2-2所示：阌擻輳嬪諫迁择植秘騖。图 2-2IR2161 芯片电路2.2.2RCS的计算在半桥中间点上的电压为DC总线电压的1/

13、2。DC总线的RMS电压与AC线路的RMS电压相同，负载上的RMS电压为AC线路的RMS电压的50%，通过RCS的电流为 负载电流的一半。由于负载呈电阻性，电流波形为正弦包迹，半桥输出占空比为50%， 在最大负载上RCS上的峰值电压VPK=0.4V，通过RCS的RMS电流为四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第7页贸恳彈濾颔澩。RCS中的峰值电流为从式（2-3）、式（2-4）和式（2-5）得到对于工作在VAC（ RMS）=220V交流线路电压下的PLOAD=100W的电子变压器，电 流感测电阻Rcs值为220VRCS=0.1410.31（2-5）100W2.2.2芯片介绍IR2161是国

14、际整流器公司（IR）专为电子变压器而设计的智能控制集成电路。 该器件能驱动低压卤素灯。IR2161把所需功能全部集于单一的8引脚DIP或SOIC封装内，从而可有效减少元件数量、简化电路并增强可靠性。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。IR2161能适应不断变化的电压、频率及灯管状态，这一特点有助于设计时引入 高度可靠的卤素变压器，同时可简化设计和制造过程。该款紧凑的8引脚器件配备IR的强化高压集成电路技术，同时揉合了600V半桥驱动器、先进的过载及短路保护电路以及高温关闭和自适应控制技术，可成为除传统的基于自谐振、双极晶体管半桥电路方案以外的另一可靠选择。此外，IR2161内含以双向晶闸管为基础的标准移相调

15、光 器，因而能支持外部调光。相比其它采用分立元件的同类电路，IR2161能节省两成组件。 自适应死区时间控制也是IR2161的关键性能， 可通过持续软开关来增强变压 器的可靠性。IR2161以IR的高压结间隔离HVJI集成电路技术为基础。 这项专利技 术把高压电路从低压电路ICS(RMS )LOAD ( RMS )VLOAD (RMS )（2-1）氬嚕躑PLOADVAC(RMS )PLOADVAC(RMS )1CS(PK)=2行2 ICS( RMS)RCS两端的Vcs(PK) = I CS(PK )Rcs= 0.4V(2-2)(2-3)0.4VAC(RMS)2-.2PLOAD=0.141PLO

16、ADVLOAD (RMS)(2-4)四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第8页中分隔出来，将高侧及低侧驱动功能融合于紧凑的单芯片 内，从而控制多种开关转换器的拓扑。由于卤素照明需配合高、低压电路才能运作， 因此，基于IR HVJI技术的器件特别适合该种应用。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。IR2161的引脚排列如图2-8所示，各引脚功能如表1所列。IR2161的其它特点包括：250/400mA 的输出驱动容量、15.6V齐纳二极管钳位VCC、低于300uA的微功率起动和30kHz125kHz的内置振荡器等。引脚排列如图2-8所示，各引脚功能如表1。谚辞調担鈧谄动禪泻類。VCC1IR21618VBC

17、OM27HOCSD36VSCS45LO图 2-3IR2161 芯片结构表1-1IR2161的引脚功能序号符号功能描述1VCC低侧逻辑和驱动电路的电源电压2COM集成电路的功率地端和信号地端3CSD关断时间控制和补偿电容4CS电流感应输入端5LO低侧栅驱动输出6VS高侧浮动电源的返回端7HO高侧栅驱动输出8VB高侧栅驱动浮空电源图1-4所示是来用IR2161构成的电子变压器电路。当电路开始有效工作后，电 路通过电阻RS上的电流减去被IR2161吸收的启动电流来给电容CVCC充电。电阻 大小的选取原则是保证它能从直流总线电压获取足够的电流以使IR2161正常工作。由于电路只能在半个周期中给CVCC

18、充电，因此选取CVCC时，必须保证VCC在另 一半周期中高于欠压封锁阈值，否则会影响整个电路的正常工作。如果仅仅通过RS四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第9页给内部电路供电，那么RS的值不能过大，否则就不能提供芯片内部所需的电流，同 时还要消耗1W2W的功耗。通过电荷泵电路可以解决这个问题，图中由DCP1和DCP2组成了一个电荷泵电路，该电路和CSNUB进行连接可以给VCC提供内部电路 所需的电荷，由于RS只在启动时候起作用，因此，RS的值可适当地取大一点，而 不会影响电路的功耗。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。IR2161的其它特点包括250/400mA的输出驱动容量、15.6V齐纳二极管钳

19、位Vcc、低于300uA的微功率起动和30kHz125kHz的内置振荡器等。由于16V齐纳 二极管VZ的功耗高达1.3W，因此，图2电路中将其外接，以减小芯片的内部功耗。 这样，在有大电流出现时，VZ可以对多余电流进行旁路，以减小对IR2161的危害。 电路中双向晶闸管上的一个强电压变化会形成一个大电流，当它流过电阻RD和电容CD时可立即将电容CVCC充电到最大值。一旦VCC超过它的启动阈值，HO和LO将开始振荡，从而使IR2161开始正常工作。电路中RS、RD和CD的选择应保证镇 流器正常工作时能够提供足够的电流。自举二极管DB和电容CB的作用是给高侧功率管提供电源电压。为了保证在第一个脉冲

20、到达HO之前，高侧电源电压已经超过欠 压阈值，输出驱动的第一个脉冲应该送入LO端。在LO经过数次振荡以后，如果VB-VS超过欠压阈值，高侧驱动器将开始工作。在欠压封锁模式下，高低侧驱动输 出HO和LO者E为低电平。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。自适应死区时间控制是IR2161的关键性能，可通过持续软开关来增强变压器的 可靠性。IR2161配备有一个动态死区时间电路，当半桥结构中的直流母线电压降到0V转换点时，该电路的监测功能电路会调高低侧驱动器（LO输出）。当LO变低时，其内置取样和保持具有大致相同的延迟，因而可在LO转低后把高侧驱动器（HO输出）调高。自适应死区时间控制可按振荡器周期作出反应，并可在

21、需要时调节死区时间。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。设计者时无需考虑功率管的寄生电容或者输出变压器的漏磁。 为了满足电子变压 器功率管寄生电容和输出变压器漏磁的需要，整个系统的最小死区时间设置为300ns。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。在该电路的初级变压器上加一个缓冲电容可以提高转换速率。 但是如果缓冲电容 过大，又会阻止VS电压向反方向变化，从而使死区时间控制失效。IR2161的缺省死 区时间为1.2us1.4us缓冲电容的典型值为几百pF。颖刍莖峽饽亿顿裊赔泷。2.3变压电路初级绕组最少匝数可根据公式计算四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第10页式中：VPK为最高峰值总线电压，可取其为400V;最大

22、导通时间，其值可选取18宙；Bmax为最大磁通密度，单位为T,其值可从制造者提供的铁氧体材料工作在100C时的曲线获得；Ae为磁芯有效截面积，单位为卅。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。计算次级需要的匝数。次级绕组匝数NS可按公式计算。_ ,2 NPVO(RMS)NS二VAC(RMS)式中：V0(RMS)=12V，VAC(RMS)=220V。在设计中采用环形磁芯，初级绕组78匝，次级绕组8匝，初级与次级绕组之间利用压塑分离器隔离。单兀电路如图2-4示。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。150PF/500V图 2-4变压电路NP(min)VPKTon(max)2B(max)Ae(2-6)(2-7)卑F740CSNUBC

23、1470K/1WQ2vwwwT1IRF7 40TRANStC3JLF CS5nF/400VC4IFF2C2四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第11页第 3 3 章制作与调试3.1印制电路图为了验证本次毕业设计的准确性和节能开关的实用性，在Protel99Se环境下，按照绘制电路原理图f电气规则检查f生成网络表f规划电路板f导入网络表f兀件 布局与调整f布线”等步骤设计印制电路板底图，然后，用专门仪器或手工制作相应 印制板。最后，根据所设计的印制电路板组装电路。 注意，元件装配过程中应遵循 先 里后外，先小后大，先轻后重”的原则。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3.2制作调试注意事项1首先检查印刷

24、电路是否设计正确，元器件位置是否安装正确，二极管、电解电 容等极性不要装错。2焊接质量尤其重要，焊接时间较长易损坏元器件，焊点处理是否合理，有没有 焊接点短路、虚焊、多余管脚是否剪去。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3.制作过程中注意用电安全，按照正常规程进行操作。4在不明确情况下，可以不通交流电，检查各个元件工作特性；安装正确后，再 通入市电220V检测。（以上各项测试是正常工作时的电压变化情况，如实际制作好后不能实现设计的功能，按照单元电路的分析方法，逐步查找原因。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第12页总结在我的毕业设计中，主要对IR2161电子变压器进行了简单的设

25、计与阐述。电子 变压器在以后的领域中有很好的发展，我们身边的小型电子产品里面用的大部分是电 子变压器。如手机的充电器，照明光源，电视机VCD机DVD机以及电磁炉里的电 源还有电脑里的电源等等，电子变压器具有无噪音，自身耗能低，电压适应范围广等许多优点。也使得电子变压器在各种领域的运用广泛。裊樣祕廬廂颤谚鍘芈蔺。通过本次毕业设计，我对电子变压器的原理、功能和应用领域有了更深刻的认 识，对已学过的专业知识进行了巩固和提高， 达到理论联系实际的效果。电子领域正 以惊人的速度发展，只有不断地学习才能适应社会的发展需要。 我也明白了：活到老 学到老才是硬道理。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驚。四川信息职业技术学院毕

26、业设计说明书（论文）第13页致谢在这三个多月的毕业设计中，我真诚地感谢杨老师和同学们的帮助， 在他们的帮 助下我顺利的完成了此次毕业设计。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。首先我要衷心地感谢我的辅导老师杨波， 在本次设计过程中他始终给予了我无私 的热情和帮助。开始他细心指导我的选题工作，在做开题报告的过程中，又反复而耐 心地给我指出问题的所在，并帮助我纠正了许多不妥之处。在做系统设计这一过程中， 也给我提出了许多意见和建议，并交给我许多解决问题的技巧和方法。 在写毕业设计 论文的过程中，我也遇到了许多的困难，之所以能坚持完成，这都离不开我的指导老 师和同学们的帮助。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。通过短暂的毕业设计

27、，从而提高了我的理论水平，真正做到学有所用，虽然在其 过程中我遇到了很多困难，但是从中我也得到了很多的帮助， 没有半途而废，没有灰 心丧气，在杨老师的严格指导下，发现问题并加以改正，这些都是一种收获。特别感 谢杨老师的帮助，他对我的系统提出了很多改进的意见， 对我的论文中的一些不足的 地方也一一地指出。没有他的帮助，我也不可能很好的完成这次毕业设计， 我再次衷 心地对杨老师表示感谢。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。四川信息职业技术学院毕业设计说明书（论文）第14页参考文献1郑应光模拟电子线路技术东南大学出版社，20052陈有卿实用IR2161时基电路中国电力出版社，20053陈永甫常用半导体器件及模拟电路人民邮电出版社，20064方