电力电子课程教学设计-单端反激式输出开关电源设计

^`^`电力电子技术课程设计报告单端反激式单路输出开关电源一、设计任务及要求本课程设计要求依据所供给的元器件设计并制作一个小功率的单端反激式开关电源。180V，输出是10V。要求画出必要的设计电路图，进展1A的带负载力量以及过流保护功能。二、设计原理及思路1、反激变换器工作原理假设变压器和其他元器件均为抱负元器件，稳态工作下：当有源开关Q导通时，变压器原边电流增加，会产生上正下负的感应电动势，从而在副边产生下正上负的感应电动势，无源开关VD1因反偏而截止，输出由电容C向负载供给能量，而原边则从电源吸取电能，储存于磁路中。Q上负下正的感应电动势，而在副边会感应出上正下负的感应电动势，故VD1正偏而导通，此时磁路中的存储的能量转到副边，并经二极管VD1向负载供电，同时补充滤波电容C在前一阶段所损失的能量。输出滤波电容除了在开关Q导通时给负载供给能量外，还用来限制输出电压上的开关频率纹波重量，使之远小于稳态的直流输出电压。+NpN+NpNsC+oRUgQ-Uo图1反激变换器的原理图反激变换器的工作过程大致可以看做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中分别起到励磁电流的作用。假设在下一次Q导通之前，副边已将磁路的储能放光，即副边电流变为零，则称变换器运行于断续电流模式〔DCM〕，反之，则在Q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。Ug输入整流——Ug输入整流——和滤波功率变压器Uo>输出滤波掌握器启动供电电路电路掌握器功率开关反响网络3、反激变换器的吸取电路实际反激变换器会有各种寄生参数的存在，如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。所以根本反激变换器在实际应用中是不能牢靠工作的，其缘由是变压器漏感在开关Q截止时，没有满足的去磁回路。为了让反激变换器的工作变得牢靠，就得外加一个漏感的去磁电路，但因漏感的能量一般很小，所以习惯上将这种去磁电路称为吸取电路，目的是将开关Q220VAC中，常用的吸取电路主要有RCDU g+

UVD1 Io +

VD1 Io+sR C Nss Ds

N C +R Us

L N NpsmpsNc

C R UoQC1QCQC1Q1Dc- Ri

R-i-2吸取电路4、单端反激式变换器变压器的设计思路在本次课程设计中供给的变压器的铁芯是EE2825摄氏度的磁导率为：

Bmax_25

T

，铁芯的初始磁导率为：

2300u0。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。原副边匝数比及其匝数确实定：需要的直流输出电压为10V，由器件本身的参数可以知道其耐压：U U eQ g p

U Npg Ns

(U 1)00.3U假设考虑到漏感引起的的 g电压尖峰，开关管两端承受的关断电压为：U Q g

NpNs

(U 1)0一般来说开关管的耐压需要在这个根底之上留下至少30%的裕量。假设开关管的耐压极限为：N

N U 1.32UQ Q

g

p(UN s

1)) p，Ns

Q,1.3(U0

g1)DCM0.8T以,ND max

p(UN s

1)*0.8N原副边匝数的计算：

(U g

p(UN s

1)eAe

，原边的匝数应当保证在最大占空比是磁路仍不饱和，电压冲量等于磁链的变化量，故：UD TN gp B

maxAmax e通常原边的匝数取到这个计算之的两倍，副边匝数依据变比可以求出。气隙长度的计算0假设变压器的输出功率为P，效率为0

，有以下关系成立：LI 2psp

0TPP所以可以得到：

2PTL 0其中有以下关系；

p I 2spII0g1a

U 1Ig2

DT/T则原边的峰值电流为：I2PI0sp UDg ，l l 1 lL N

2/R ,R

R Fe g (

Fel)P p mp

mFe

m0 A AFe e o

A 0 e rA l

A lA R l 0 eFe 0 eFe其中，l为电感系数，mp为磁阻气隙的长度为：g A L L r p r5、掌握系统的设计RT

RT CRT T

N2pf选。U3845的内部误差放大器旁路掉。电流比较器:电流比较器的门槛值V

有误差放大器的输出给定，当电压误差放error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。整个掌握局部的原理图如下所示；3掌握局部原理图〔4〕UC3845UC3845芯片为SO8SO14为8.5v〔通〕，7.6V〔断〕；5000.550%~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6〔5〕TL431

图4 UC3845芯片管脚图TL431〔CATHODE〕、阳极〔ANODE〕、参考端〔REF〕。其芯片体积小、基准电压周密可调，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7的功能模块示意。由图可看出，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端的电压格外接近VIREF电压的微小变化，通过三极管，电流将从1100mA图5 TL431的功能模块示意图〔6〕PC817PC81781234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，对输出进展准确的调整，从而掌握UC3842的工作。同时PC817离作用。

图6 PC817内部框图7单端反激双路输出总体设计原理图四、参数的计算与器件选择匝数比计算：当输入180V，输出10V时，经过整流桥整流以后U =1.2*180=216V，gNK p

U,1.32UQ

*21616.43N 1.3(Us

1) 1.3*(101)由于变比的取值要小于计算值，于是变压器的变比取到K=6，下面计算最大占空比：ND max

p(UN s

1)*0.8N

6*11*0.8=2156*11

(U g

p(UN s

1)90KHzT

1.11*105S1 f 9*1041 由UD

TNB

A得到：g max p max eUD T

216*0.19*1.11*105N gp B

maxA

11.260.5*0.809*104maxe实际取到的原边的匝数为N 30由原边匝数及其变压器的变比得到10V副边绕组pNs

5匝。原边电感及其气隙长度的计算：由L

2PT 2P0，I

2*10*1 p sp

sp Ug

D Ug

D 0.9*216*0.192PTL 0

=2*10*1.1*105

0.83*103p sp

0.9*0.54152A l 5.14*102L0eL0epN2pg

Fe r关心绕组的计算关心绕组的计算和副边绕组的计算方法一样，只不过U0

12V。电流检测参数计算电流检测电阻Rs

V 0.7V smax I I

s

2。pk pk〔5〕电压反响掌握参数计算R 500 1 5.0mA ，Ifmax

150.8

mA7.5mAU UR 0 f

U

81.22.5

0.573k所以：2U UR 0

7.5Ukmin

7.550 ，于是依据已有的元件取到R2470。所以：U IR 所以：R2 f 2U U UR3 R2

1.4`1.22.6VI I -IR3 ka f

20-317mA100R U /I 2.6/17152.9100R3 R3 ，实际取 。R Uref 2.5/20012.5k6 200AR 10k6 。R (U5 0

Uref

) 6 10-2.*10/0.2530.0kRU *0.5Rref五、分析总结这次实习确实让人收获很多。不管是刚开头的争论指导书，还是电脑上的仿真，再者焊接调试电路，都让人感到充实。这一次的实习，收获是方方面面的。我们的焊接技术得到了提高，对于电力电子技术有了更深的了解。不过，对于这样的电路，调试成功，有时也靠运气。但是归根到底，还是水平问题。如果焊接水平高，布线奇异，在不知不觉中就已经避开了很多的故障；对电路争论的深，选择器件合理得当，就能用最少的损失得到最好的效果。这一次的成功，也离不开良好的合作。组员的相互理解，相互帮助，相互探讨，都使得整个进度比单个人的时候快得多。向其他组取经，向学长请教，相互沟通，都使我获得了不同的、课本内容之外的见解，这是最让人快活的。在这次实习中，我们切实地体会到了对学问的把握程度的成长，这比