单端反激式开关稳压电源(修改版)

单端反激式开关稳压电源(修改版)
单端反激式开关稳压电源(修改版)

单端反激式开关稳压电源

学生姓名: xxx

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年级专业: xxx

指导教师: xxx

二〇一三年十二月

摘要

电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代,农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展,对电影产业提出个更多、更高的要求,如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术,做出最好的电源产品,以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备,较之于传统的线性电源,其技术含量高、耗能低、使用方便,并取得了较好的经济效益。

UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时,脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度,亦即占空比D,使斩波后的平均值电压下降,从而达到稳压目的,反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作20~80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙,由主电源电压直接启动,构成电路所需元件少,非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。设计思路,并附有详细的电路图。

关键词:开关电源,uc3842,脉宽调制,功率,IGBT

目录

摘要.......................................................... I

1 设计要求 (1)

2 设计方案 (2)

2.1开关稳压电源系统总体框图 (2)

2.2电路结构的选择 (2)

2.3 启动电路 (3)

2.4 PWM脉冲控制驱动电路 (4)

2.5 直流输出与反馈电路 (4)

2.6 总体电路图分析 (6)

3 设计过程 (7)

3.1变压器和输出电感的设计 (7)

3.2 电路仿真波形 (8)

4 PCB设计 (11)

4.1 PCB设计规范 (11)

4.2 PCB设计图 (14)

5总结和体会 (15)

参考文献 (16)

附录1:总体电路图 (17)

1 设计要求

电源设计指标

小型电源输入、输出参数如下:

输入电压:AC 110/220V;

输入电压变动范围:90~240V;

输入频率:50/60Hz;

输出电压:12V;

输出电流:2.5A。

控制电路形式为它激式,采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中,选定工作频率为85kHz.。

2 设计方案

2.1开关稳压电源系统总体框图

2.2电路结构的选择

小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路,电源结构简单,工作可靠,成本低。与单端反激式电路相比,单端正激式电路开关电流小,输出纹波小,更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关稳压电源的主电路如图4-1所示。

单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路,以释放励磁电路的能量。在

图4-1中,开关管VT导通时V

1导通,副边线圈N

2

向负载供电,V

4

截止,反馈电

线圈N

3的电流为零;VT关断时V

1

截止,V

4

导通,N

3

经电容C

1

滤波后向UC3842⑺

脚供电,同时原边线圈N

1上产生的感应电动势使V

3

导通并加在RC吸收回路。由

于变压器中的磁场能量可通过N

3

泄放,而不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上,达到减少发热,提高效率的目的。

图2-1单端正激式开关电源的主电路图

2.3 启动电路

图2-2输入220v交流电,经过C1、 L、 C2进行低通滤波滤波后的交流电压经D1~D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3l0V的脉动直流电压,此电压经通过电阻R18分压给uc3842提供启动电压,当电压达到16v时达到芯片的启动电压,UC3842开始工作并提供驱动脉冲, uc3842的启动电压大于16 V,启动电流仅1 mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时,工作电压在10~34 V之间,负载电流为15 mA。超出此限制,开关电源呈欠电压或过电压保护状态,

无驱动脉冲输出。

图2-2高频滤波整流电路

2.4 PWM脉冲控制驱动电路

图2-3 PWM脉冲控制驱动电路

图2-3由分压电阻R18提供分得的电压接入uc3842的○7(vcc)管脚,uc3842启动工作,由○6端(output)输出推动开关管工作,输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间,场效应管导通,电流通过变压器原边,同时把能量储

存在变压器中。根据同名端标识情况,此时变压器各路副边没有能量输出。当○6脚输出的高电平脉冲结束时,场效应管截止,根据楞次定律,变压器原边为维持

电流不变,产生下正上负的感生电动势,此时副边各路二极管导通,向外提供能

量。同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路,其开启和关

闭阈值分别为16V和10V,电源电压接通之后,当7端电压升至16V时UC3842

开始工作,启动正常工作后,它的消耗电流约为15mA。

由于输入电压的不稳定,或者一些其他的外在因素,有时会导致电路出现

短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生,因此,电路必须具有一定的保

护功能。如图4-3所示,如果由于某种原因,输出端短路而产生过流,开关管

的漏极电流将大幅度上升,R6两端的电压上升,其中R19和C8组成滤波电路防

止脉冲尖峰使电路误操作,UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过

正常值0.3V达到1V(即电流超过1.5A)时,UC3842的PWM比较器输出高电平,

使PWM锁存器复位,关闭输出。这时,UC3842的脚○6无输出,MOS管S1截止,从而保护了电路。

2.5 直流输出与反馈电路

当开关管导通时,整流电压加在变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在变压器中,开关管截止后,能量通过次级绕组释放到负载上。由公式:

T))E (2-1)

Uo=(Ton/(n

ff

可以得出,输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比;与初,次级绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。

图2-4 直流输出与反馈电路

反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦PC81。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器,再通过线性光耦对输出进行精确的调整。

如图2-4输出电压经R9,R11分压后得到的取样电压,与TL431中的2.5 V 带隙基准电压进行比较。当输出电压出现正误差,取样电压>2.5 V,TL431的稳压值降低,光耦控制端电流增大,UC3842的反馈端(VFB)电压值增大,输出端的脉冲信号占空比降低,开关管的导通时间减少,输出电压降低;反之,如果输出电压出现负误差,UC3842的输出脉冲占空比增大,输出电压增高,达到稳压目的。

在对电压精度要求高的场合,会把电压反馈信号从补偿端(CMOP)输入,不用UC3842的内部放大器,因此反馈信号的传输缩短了一个放大器的传输时间,使电源的动态响应更快。

2.6 总体电路图分析

图2-5总体电路图

本设计利用uc3842组成的PWM脉冲控制驱动电路,输出+5v和+12v两个直流电源。电路分为四个模块,整流滤波电路,为uc3842提供启动电压,uc3842组成的PWM脉冲电路,驱动MOSFET管为变压器线圈提供脉冲,两个输出电路,以及一个电压反馈电路。

当电路启动运行后,uc3842的启动电压由R7分压,再经二极管整流后,得到的直流电压提供,此时第一模块的启动电路不再提供启动电压。

设计的特点在于精密的反馈调节系统。

3 设计过程

3.1变压器和输出电感的设计

依据UC3842应用方式,选定定时电阻R T =1.8k Ω,定时电容C T =10μF 。确定开关频率f =85kHz ,周期T =11.8μs 。

设计单端控制开关电源时,一般占空比D 最大不超过0.5,这里选择D =0.5,则:

)(9.5S D T T ON μ=?= (3-1) 根据电源规格、输出功率、开关频率选择PQ26/25磁芯,磁芯截面积S =1.13cm 2,磁路有效长度L =6.4cm ,饱和磁通密度B S =0.4T 。取变压器最大工作磁感应强度B max =B S /3≈0.133T ,则电感系数A 为:

)/(44.410)/4.0(26N H l S A μπμ≈?=- (3-2) 变压器原边线圈匝数N 1为:

S

B T U N MAX ON I ??=)/(1 (3-3)

式中,U I ――最小直流输入电压。

交流输入电压的最小值约为90V ,U I =90×√2≈127(V),得出N 1=49.9匝,取50匝。原边线圈电感L =AN 12=11.1(mH)。 副边线圈匝数为:

max

012)

(D U U U U N N I L DF ++=

(3-4)

式中:U DF ――整流二极管VD l 上的压降; U L ――输出电感L 上的压降。 取U DF +U L =0.7V ,代入式(6-4),得N 2=10匝。副边线圈电感为:

H A N L L μ4442

22== (3-5)

开关管断开时,N 1两端将会产生感应电动势,为了保证开关管正常工作,将感应电动势限制到e =300V 。反馈电线圈向UC3842提供U =12V 的工作电压,按电容C 1上的电压U C =16V 计算,以保证有足够的供电电压给UC3842。由N 3=(U C

/e)N 1可得N 3=2.67匝,取3匝。

变压器副边电流为矩形波,其有效值为:

A

D I I 77.1m ax 02== (3-6)

导线电流密度取4A/mm 2,所需绕组导线截面积为1.77/4≈0.44(mm 2)。同样可选择原边绕组导线,原边电流有效值为:

A D I N N I 354.0max 01

2

1==

(3-7)

所需绕组导线截面积为0.354/4=0.0885mm 2,选用截面积为0.09621mm 2的导线(Φ0.41mm)。

取输出电感的电流变化量△I L =0.2I O =0.5A ,则输出电感为:

ON

L

O

DF T I U U U L ?--=

2 (3-8)

式中:U 2――副边线圈最小电压。 计算得:

)

(4.252V D U U U U L

DF O =++=

(3-9)

取U DF =0.5V ,U O =3V ,代入式(6-8)可得L =140μH 。根据输出电感上的电流I L =I O ,所需绕组导线截面积应为2.5/4=0.625mm 2,选择截面积为0.6362mm 2导线(Φ0.96mm)。

3.2 电路仿真波形

本电路采用Multisim 11.0仿真,其仿真结果如下:

图3-2 12v输出仿真波形图

图3-2(3)UC3842输出波形

图3-2(4)取样电路仿真波形图

4 PCB设计

4.1 PCB设计规范

在任何开关电源设计中,PCB板都是物理设计的最后一环,如果设计方法不当,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,造成电源工作不稳定,以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析:

元器件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果PCB上两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,因此在设计PCB时,应注意采

用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路:

(1). 电源开关交流回路

(2). 输出整流交流回路

(3). 输入信号源电流回路

(4). 输出负载电流回路

输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用;类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量。所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源;如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路,每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置,调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似,最佳设计流程如下:

(1)放置变压器

(2)设计电源开关电流回路

(3)设计输出整流器电流回路

(4)连接到交流电源电路的控制电路

设计输入电流源回路和输入滤波器设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:

(1) 首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小则散热不好,且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形,长宽比为3:2或4:3,位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。

(2) 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容尽量靠近器件的VCC。

(3) 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产。

(4) 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使

信号尽可能保持一致的方向。

(5) 尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。

布线开关电源中包含有高频信号,PCB上任何印制线都可以起到天线的作用,印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽,这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比,而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长,长度越长,印制线能发送和接收电磁波的频率越低,它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。同时使电源线、地线的走向和电流的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路,作为电路的公共参考点起着很重要的作用,它是控制干扰的重要方法。因此,在布局中应仔细考虑接地线的放置,将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点:

1. 正确选择单点接地。通常,滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点,同一级电路的接地点应尽量靠近,并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上,主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的,因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。在本开关电源中,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而采用一点接地,即将电源开关电流回路(中的几个器件的地线都连到接地脚上,输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上,这样电源工作较稳定,不易自激。做不到单点时,在共地处接两二极管或一小电阻,其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。

设备的定时信 2. 尽量加粗接地线若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子号电平不稳,抗噪声性能变坏,因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线,尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,如有可能,接地线的宽度应大于3mm,也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。进行全局布线的时候,还须遵循以下原则:

(1).布线方向:从焊接面看,元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致,布线方向最好与电路图走线方向相一致,因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样做便于生产中的检查,调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。

(2).设计布线图时走线尽量少拐弯,印刷弧上的线宽不要突变,导线拐角应≥90度,力求线条简单明了。

(3). 印刷电路中不允许有交叉电路,对于可能交叉的线条,可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去,或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去,在特殊情况下如何电路很复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题。因采用单面板,直插元件位于top 面,表贴器件位于底面,所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠,但要避免焊盘重叠。

3.输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC,欲将输出电压反馈回变压器的初级,两边的电路应有共同的参考地,所以在对两边的地线分别铺铜之后,还要连接在一起,形成共同的地。

检查:布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适,在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意:有些错误可以忽略,例如有些接插件的Outline 的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次。

4.2 PCB设计图

5 总结和体会

通过这次课题设计使我更加了解了开关电源的设计流程,在设计之前查阅了很多资料,意识到自己很多的不足,希望能在以后的学习中弥补这些不足。这次设计学到最多的就是单端反激式开关稳压电源的很多知识,除了这些还有就是对仿真软件Multisim 以及PCB的绘制软件Altium Designer 的深入学习和运用。虽然结果不是很完美,但是自己受益匪浅。下面把单端反激式开关稳压电源的设计总结如下:UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时,脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度,亦即占空比D,使斩波后的平均值电压下降,从而达到稳压目的,反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作20~80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙,,构成电路所需元件少,非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。

参考文献

[1]王水平,孙柯,王禾. 开关电源原理与应用设计. 北京:人民邮电出版社,2012.

[2]杨素行. 模拟电子技术基础(第三版). 北京:高等教育出版社,2005.

[3] 康光华,电子技术基础:模拟部分(第5版)[M]北京:高等教育出版社,2006.

[4] 康光华,电子技术基础:数字部分(第5版)[M]北京:高等教育出版社,2006.

[5] 邱关源,电路(第5版)[M]北京:高等教育出版社,2006.

[7]文立. 增加电源密度的低成本电源模块. 北京:中国电源学会通讯,2006.

[8]景占荣. 通信基础电源. 西安:西安电子科技大学出版社,2003.

[9] 丁道宏,陈东伟. 电力电子技术应用(第四版). 北京:航空工业出版社,2004 .

[10] 林中. 电力电子变换技术. 重庆:重庆大学出版社,2007.

[11]杨新洲. 新颖开关变换技术. 北京:国防科技大学出版社,2001.

[12]张占松,蔡薛三. 开关电源的原理与设计. 北京:电子工业出版社,2001.

[13]周志敏. 开关电源实用技术. 北京:人民邮电出版社, 2005.

[14]景占荣,通信基础电源.西安.西安电子科技大学出版社,2005

[15]沙占友,新型特种集成电源及应用.北京.人民邮电出版社,2003

附录1:总体电路图

2019年反激式开关电源设计大全

2019年反激式开关电源设计大全

前言 对一般变压器而言,原边绕组的电流由两部分组成,一部分是负载电流分量,它 的大小与副边负载有关;当副边电流加大时,原边负载电流分量也增加,以抵消 副边电流的作用。另一部分是励磁电流分量,主要产生主磁通,在空载运行和负 载运行时,该励磁分量均不变化。 励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样,若抽水泵中无水,它就无法产生真空效应,大气压就无法将水压上来,水泵就无法正常工作;只有给水泵中加适量的水,让水泵排空,才可正常抽水。在整个抽水过程中,水 泵中保持的水量又是不变的。这就是,励磁电流在变压器中必须存在,并且在整 个工作过程中保持恒定。 正激式变压器和上述基本一样,初级绕组的电流也由励磁电流和负载电 流两部分组成;在初级绕组有电流的同时,次级绕组也有电流,初级负载电流分 量去平衡次级电流,激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。而初次级负载安匝 数相互抵消,它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动,而励磁电流占初级总电流很 小一部分,一般不大于总电流10%,因此不会造成磁芯饱和。 反激式变换器和以上所述大不相同,反激式变换器工作过程分两步:第一:开关管导通,母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来; 第二:开关管关断,存储的磁能通过次级绕组给电容充电,同时给负载供电。

可见,反激式变换器开关管导通时,次级绕组均没构成回路,整个变压 器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样,此时仅有初级电流,转换器没 有次级安匝数去抵消它。初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动,实现电能向 磁能的转换;这种情况极易使磁芯饱和。 磁芯饱和时,很短的时间内极易使开关管损坏。因为当磁芯饱和时,磁 感应强度基本不变,dB/dt近似为零,根据电磁感应定律,将不会产生自感电动 势去抵消母线电压,初级绕组线圈的电阻很小,这样母线电压将几乎全部加在开 关管上,开关管会瞬时损坏。 由上边分析可知,反激式开关电源的设计,在保证输出功率的前提下, 首要解决的是磁芯饱和问题。 如何解决磁芯饱和问题?磁场能量存于何处?将在下一篇文章:反激式开关电源 变压器设计的思考二中讨论。 反激式开关电源设计的思考二---气隙的作用 “反激式开关电源设计的思考一”文中,分析了反激式变换器的特殊性防止磁 芯和的重要性,那么如何防止磁芯的饱和呢?大家知道增加气隙可在相同ΔB的情况下,ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢? 由全电流定律可知:

UCC38C43隔离单端反激式开关电源电路图

UC3842/UC3843隔离单端反激式开关电源电路 图 开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛应用。传统的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术,而近年电流型PWM技术得到了飞速发展。相比电压型PWM,电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率,系统的稳定性和动态特性也得以明显改善,特别是其内在的限流能力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。 电流型PWM集成控制器已经产品化,极大推动了小功率开关电源的发展和应用,电流型PWM控制小功率电源已经取代电压型PWM控制小功率电源。Unitrode公司推出的UC3842系列控制芯片是电流型PWM控制器的典型代表。 DC/DC转换器 转换器是开关电源中最重要的组成部分之一,其有5种基本类型:单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。下面重点分析隔离式单端反激转换电路,电路结构图如图1所示。

图1 电路结构图 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。 图2 M1导通与截止的等效拓扑 电流型PWM 与电压型PWM比较,电流型PWM控制在保留了输出电压反馈控制外,又增加了一 个电感电流反馈环节,并以此电流反馈作为PWM所必须的斜坡函数。 下面分析理想空载下电流型PWM电路的工作情况(不考虑互感)。电路如图3所示。 设V导通,则有 L·diL/dt = ui (1) iL以斜率ui/L线性增长,L为T1原边电感。经无感电阻R1采样 Ud=R1·iL送到脉宽比较器A2与Ue比较,当Ud>Ue,A2输出高电平,送到RS锁存器 的复位端,此时或非门的两个输入中必有一个高电平,经过或非门输出低电平关断功率开

单端反激开关电源方案

反激式开关电源变压器的设计 反激式变压器是反激开关电源的核心,它决定了反激变换器一系列的重要参数,如占空比D ,最大峰值电流,设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。这样可以让其的发热尽量小,对器件的磨损也尽量小。同样的芯片,同样的磁芯,若是变压器设计不合理,则整个开关电源的性能会有很大下降,如损耗会加大,最大输出功率也会有下降,下面我系统的说一下我设计变压器的方法。 设计变压器,就是要先选定一个工作点,在这个工作点上算,这个是最苛刻的一个点,这个点就是最低的交流输入电压,对应于最大的输出功率。下面我就来算了一个输入85V 到265V ,输出5V ,2A 的电源,开关频率是100KHZ 。 第一步,选定原边感应电压V OR 这个值是由自己来设定的,这个值就决定了电源的占空比。可能朋友们不理解什么是原边感应电压,为了便于理解,我们从下面图一所示的例子谈起,慢慢的来。 这是一个典型的单端反激式开关电源,大家再熟悉不过了,下面分析一下一个工作周期的工作情况,当开关管开通的时候,原边相当于一个电感,电感两端加上电压,其电流值不会突变,而线性的上升,有公式上升了的电流: I 升=V S *Ton/L 这三项分别是原边输入电压、开关开通时间和原边电感量.在开关管关断的时候,原边电感放电,电感电流又会下降,同样要尊守上面的公式定律,此时有下降了的电流: I降=V OR *T OFF /L 这三项分别是原边感应电压(即放电电压)、开关管关断时间和电感量.在经过一个周期后,原边电感电流会回到原来的值,不可能会变,所以,有: V S *T ON /L=V OR *T OFF /L 即上升了的等于下降了的,懂吗?好懂吧!上式中可以用D来代替T ON ,用(1-D)来代替T OFF 。移项可得: 图一

开关式稳压电源的工作原理

开关式稳压电源的工作原理 随着全球对能源问题的重视,电子产品的耗能问题将愈来愈突出,如何降低其待机功耗,提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40%-50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85%以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。正因为如此,开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中,本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。 一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算,即 Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值; T —矩形脉冲周期;

T1 —矩形脉冲宽度。 从上式可以看出,当Um与T不变时,直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样,只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。 2.单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管VT1导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于截止状态,

单端反激式开关电源-主电路设计

摘要开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制、IC 和MOSFET构成。 本设计在大量前人设计开关电源的的基础上,以反激式电路的框架,用TOP244Y 构成12V、2.5A开关电源模块,通过整流桥输出到高频变压器一次侧,在二次侧经次级整流滤波输出。输出电压经采样与TL431稳压管内部基准电压进行比较,经过线性光偶合器PC817改变TOP244Y的占空比,从而使电路能直流稳压输出。 关键词开关电源;脉冲宽度调制控制;高频变压器;TOP244Y ABSTRACT Switching power supply is the use of modern electronic technology, control switching transistor turn-on and turn-off time ratio of the output voltage to maintain a stable power supply, switching power supply generally by the pulse width modulation (PWM) control,IC and MOSFET form. The design of a large number of predecessors in the switching power supply design based on the flyback circuit to the framework, using TOP244Y constitute a 12V, 2.5A switching power supply module, through the rectifier bridge output to high-frequency transformer primary side, the secondary side by the time level rectifier output. TL431 by sampling the output voltage regulator with an internal reference voltage comparison, after a linear optical coupler PC817 change TOP244Y duty cycle, so the circuit can be DC regulated output. Keyword Switching Power Supply;PWM Control;high frequency transformer;TOP244Y 目录 前言 (3) 1.反激式PWM高频开关电源的工作原理 (4)

开关式稳压电源的各种电路类型概述

开关式稳压电源的各种电路类型概述 1、基本电路 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间 比例,以达到稳定输出电压的目的。 2.单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路:电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管VT1 导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD 1处于截止状态,在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时,变压器T初级绕组中存储的能量,通过次级绕组及VD1 整流和电容C滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路,输出功率为20-100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大,外特性差,适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍,工作频率在20-200kHz之间。 3.单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路:这种电路在形式上与单端反激式电路相似,但工作情形不同。当开关管VT1导通时,VD2也导通,这时电网向负载传送能量,滤波电感L储存能量;当开关管VT1截止时,电感L通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件,即磁通建立和复位时间应相等,所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这 种电路在开关管VT1导通时,通过变压器向负载传送能量,所以输出功率范围大,可输出50-200 W的功率。电路使用的变压器结构复杂,体积也较大,正因为这个原因,这种电路的实际应用较少。 4.自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源的典型电路:这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源,也是目前广泛使用的基本电源之一。 当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流,使VT1开始导通,其集电极电流Ic在L1中线性增长,在L2 中感应出使VT1 基极为正,发射极为负的正反馈电压,使VT1 很快饱和。与此同时,感应电压给C1充电,随着C1充电电压的增高,VT1基极电位逐渐变低,致使VT1退出饱和区,Ic 开始减小,在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压,使VT1 迅速截止,这时二极管VD1导通, 高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时,L2中没有感应电压,直流供电输人电压又 经R1给C1反向充电,逐渐提高VT1基极电位,使其重新导通,再次翻转达到饱和状态,电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样,由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从,也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态,具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源,亦适 用于小功率电源。 5.推挽式开关电源 推挽式开关电源的典型电路:它属于双端式变换电路,高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电

反激式开关电源原理

反激式开关电源原理 反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源. "反激"(FL Y BACK)的具体所指是当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为放电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为充电状态. 与之相对的是"正激"(FORWARD)式开关电源,当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为充电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为放电状态,以此驱动负载. 电机配导线(电机一个千瓦大约2A) "1.5加二,2.5加三" "4后加四,6后加六" "25后加五,50后递增减五" "百二导线,配百数" 该口诀是按三相380V交流电动机容量直接选配导线的。"1.5加二"表示1.5mm2的铜芯塑料线,能配3.5kW的及以下的电动机。由于4kW 电动机接近3.5kW的选取用范围,而且该口诀又有一定的余量,所以在速查表中4kW以下的电动机所选导线皆取1.5mm2。"2.5加三"、"4后加四",表示2.5mm2及4mm2的铜芯塑料线分别能配5.5kW、8kW电动机。"6后加六",是说从6mm2的开始,能配"加大六"kW的电动机。即6mm2的可配12kW,选相近规格即配1lkW电动机。10mm2可配16kW,选相近规格即配15kW电动机。16mm2可配22kW电动机。这中间还有18.5kW电动机,亦选16mm2的铜芯塑料线。"25后加五",是说从25mm2开始,加数由六改为五了。即25mm2可配30kW的电动机。35mm2可配40kW,选相近规格即配37kW电动机。"50后递增减五",是说从50mm2开始,由加大变成减少了,而且是逐级递增减五的。即50mm2可配制45kW电动机(50-5)。70mm2可配60kW(70-10),选相近规格即配备55kW 电动机。95mm2可配80kW(95-15),选相近规格即配75kW电动机。"百二导线,配百数",是说120mm2的铜芯塑料线可配1OOkW电动机,选相规格即90kW 电动机。2.电动机配用导线的对表速查例如一台Y180L-4、22kW电动机,从速查表查得应配BV型16mm2的铜芯塑料线。七、有关使用速查表的几项说明1.表中所列电动机为Y系列380V/50Hz三相异步电动机,对于其它系列电动机,只要额定电压和频率相符,额定电流相接近,也可参考使用。2.选用的BV型铜芯塑料线截面,是以水泥厂供用电距离在200m及以下,年运行时问7000~8000h,以降低线路损耗节电效益显著等条件考虑的。如果供电距离大于200m,则需要按常规的导线选用设计条件(如发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度),另行设计计算。如果采用BLV型塑料铝芯线,其规格要降一级选用。即2.5mm2铝芯线可代替1.5mm2铜芯线,4mm2铝芯线可代替2.5mm2铜芯线……,其它依此类推。 热继电器配置 一般情况下,可选用两相结构热继电器,但当三相电压的均衡性较差,工作环境恶劣或无人看管的电动机,宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机,应该选用带断相保护装置的热继电器。 2、热继电器额定电流选择。

反激式开关电源设计的思考(一到五)

反激式开关电源设计的思考一 对一般变压器而言,原边绕组的电流由两部分组成,一部分是负载电流分量,它的大小与副边负载有关;当副边电流加大时,原边负载电流分量也增加,以抵消副边电流的作用。另一部分是励磁电流分量,主要产生主磁通,在空载运行和负载运行时,该励磁分量均不变化。 励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样,若抽水泵中无水,它就无法产生真空效应,大气压就无法将水压上来,水泵就无法正常工作;只有给水泵中加适量的水,让水泵排空,才可正常抽水。在整个抽水过程中,水泵中保持的水量又是不变的。这就是,励磁电流在变压器中必须存在,并且在整个工作过程中保持恒定。 正激式变压器和上述基本一样,初级绕组的电流也由励磁电流和负载电流两部分组成;在初级绕组有电流的同时,次级绕组也有电流,初级负载电流分量去平衡次级电流,激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。而初次级负载安匝数相互抵消,它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动,而励磁电流占初级总电流很小一部分,一般不大于总电流10%,因此不会造成磁芯饱和。 反激式变换器和以上所述大不相同,反激式变换器工作过程分两步: 第一:开关管导通,母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来; 第二:开关管关断,存储的磁能通过次级绕组给电容充电,同时给负载供电。 可见,反激式变换器开关管导通时,次级绕组均没构成回路,整个变压器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样,此时仅有初级电流,转换器没有次级安匝数去抵消它。初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动,实现电能向磁能的转换;这种情况极易使磁芯饱和。 磁芯饱和时,很短的时间内极易使开关管损坏。因为当磁芯饱和时,磁感应强度基本不变,dB/dt近似为零,根据电磁感应定律,将不会产生自感电动势去抵消母线电压,初级绕组线圈的电阻很小,这样母线电压将几乎全部加在开关管上,开关管会瞬时损坏。 由上边分析可知,反激式开关电源的设计,在保证输出功率的前提下,首要解决的是磁芯饱和问题。 如何解决磁芯饱和问题?磁场能量存于何处?将在下一篇文章:反激式开关电源变压器设计的思考二中讨论。 关键词:开关电源反激式磁芯饱和 反激式开关电源设计的思考二 “反激式开关电源设计的思考一”文中,分析了反激式变换器的特殊性防止磁芯和的重要性,那么如何防止磁芯的饱和呢?大家知道增加气隙可在相同ΔB的情况下,ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢?由全电流定律可知:

(完整版)单端反激式开关电源的设计..

《电力电子技术》 课程设计报告 题目:单端反激式开关电源的设计学院:信息与控制工程学院

一、课程设计目的 (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使用; (3)增强设计、制作和调试电力电子电路的能力; 二、课程设计的要求与内容 本课程设计要求根据所提供的元器件设计并制作一个小功率 的反激式开关电源。我设计的是一个输入190V,输出9V/1.1A的反激式开关电源,要求画出必要的设计电路图,进行必要的电路参数计算,完成电路的焊接任务。有条件的可以用protel99 SE进行PCB电路板的印制。 三、设计原理 1、开关型稳压电源的电路结构 (1)按驱动方式分,有自激式和他激式。 (2)按DC/DC变换器的工作方式分:①单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式等;②降压型、升压型和升降压型等。 (3)按电路组成分,有谐振型和非谐振型。 (4)按控制方式分:①脉冲宽度调制(PWM)式;②脉冲频率调制(PFM)式; ③PWM与PFM混合式。 DC/DC变换器用于开关电源时,很多情况下要求输入与输出间进行电隔离。这时必须采用变压器进行隔离,称为隔离变换器。这类变换器把直流电压或电流变换为高频方波电压或电流,经变压器升压或降压后,再经整流平滑滤波变为直流电压或电流。因此,这类变换器又称为逆变整流型变换器。 DC/DC变换器有5种基本类型:单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。下面重点分析隔离式单端反激转换电路,电路结构图如图1所示。

图1 电路结构图 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。 图2 M1导通与截止的等效拓扑 2、反激变换器工作原理 基本反激变换器如图3所示。假设变压器和其他元器件均为理想元器件,稳态工作如下: (1)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,如图 3(a)所示,无源开关VD1因反偏而截止,输出由电容C向负 载提供能量,而原边则从电源吸收能量,储存于磁路中。 (2)当有源开关Q截止时,由于变压器磁路中的磁通不能突变,所以在原边会感应出上负下正的感应电动势,故VD1正偏而导通,

反激开关电源原理

星期一, 05/11/2009 - 09:42 —陶显芳 1-7.反激式变压器开关电源 反激式变压器开关电源工作原理比较简单,输出电压控制范围比较大,因此,在一般电器设备中应用最广泛。 1-7-1.反激式变压器开关电源工作原理 所谓反激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时,变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出,而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出,这种变压器开关电源称为反激式开关电源。 图1-19-a是反激式变压器开关电源的简单工作原理图,图1-19-a中,Ui是开关电源的输入电压,T是开关变压器,K是控制开关,C是储能滤波电容,R是负载电阻。图1-19-b是反激式变压器开关电源的电压输出波形。 把图1-19-a与图1-16-a进行比较,如果我们把图1-16-a中开关变压器次级线圈的同名端对调一下,原来变压器输出电压的正、负极性就会完全颠倒过来,图1-19-b所示的电压输出波形基本上就是从图1-16-b的波形颠倒过来的。不过,因为图1-16-b的波形对应的是纯电阻负载,而图1-19-b的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联。由于储能滤波电容的容量很大,其两端电压基本不变,变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅,因此,图1-16-b中输出电压uo的脉冲尖峰完全被削除,被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up,同时也等于变压器次级线圈输出电压uo的半波平均值Upa。

下面我们来详细分析反激式变压器开关电源的工作过程(参考图1-20)。 图1-19-a中,在控制开关K接通的Ton期间,输入电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电,初级线圈N1绕组有电流i1流过,在N1两端产生自感电动势的同时,在变压器次级线圈N2绕组的两端也同时产生感应电动势,但由于整流二极管的作用,没有产生回路电流。相当于变压器次级线圈开路,变压器次级线圈相当于一个电感。因此,流过变压器初级线圈N1绕组的电流就是变压器的励磁电流,变压器初级线圈N1绕组两端产生自感电动势可由下式表示: e1 = L1di/dt = Ui —— K接通期间(1-98) 或 e1 = N1dф/dt = Ui —— K接通期间(1-99) 上式中,e1为变压器初级线圈N1绕组产生的自感电动势,L1是变压器初级线圈N1绕组的电感,N1为变压器初级线圈N1绕组线圈绕组的匝数,ф为变压器铁心中的磁通。对(1-98)和(1-99)式进行积分,由此可求得: i1 =Ui*t/L1 +i(0) —— K接通期间(1-100) ф=Ui*t/N1 +ф (0) —— K关断瞬间(1-101) 上式中,i1是流过变压器初级线圈N1绕组的电流,ф为变压器铁心中的磁通;i1(0)为变压器初级线圈中的初始电流,即:控制开关刚接通瞬间流过变压器初级线圈N1绕组的电流;ф(0)为初始磁通,即:控制开关刚接通瞬间变压器铁心中的磁通。当开关电源工作于输出临界连续电流状态时,这里的i1(0)正好0,而ф(0)正好等于剩磁通S?Br。当控制开关K将要关断,且开关电源工作于输出电流临界连续状态时,i1和均达到最大值: i1m =Ui*Ton/L1 —— K关断瞬间(1-102)

开关稳压电源设计

开关电源的设计 同组参与者:李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种,实际应用中,而调宽式应用的较多,在 目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也 为脉宽调制(PWM)型。 开关稳压电源具有效率高,输出功率大,输入电 压变化范围宽,节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压; 通常有三种方式:脉冲宽度调制(PWM),脉冲频率 调制(PFM)和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式,因为 周期恒定,滤波电路的设计比较简单,也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示,有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压,在经过整流滤波电路,将交流电变成直流电,然 后再经过DC—DC变换,由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止,从而产生一个稳定的电压源, 如图1-1所示;

图1-1 一开关转换电路 1:滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用,它可以抑制交流电网输入的干扰信号,同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分,隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路,避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性,C2、C3跨接在输出端,能有效地抑制共模干扰,为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的

击穿电压稍大于输出电压额定值,输出电压正常时,VS不导通,晶闸管VS的门极电压为零,不导通,当输出过压时,VS击穿,VS受触发导通,使光电耦合器输出三极管电流增大,通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚,调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压,达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高,集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压U0变小,同样,如果输出电压U0减小,可通过反馈调节使之升高。

超详细的反激式开关电源电路图讲解

反激式开关电源电路图讲解 一,先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下: 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二,重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点:成本低,外围元件少,低耗能,适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点:输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三,画框图 一般来说,总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分,如图1

图1,反激开关电源框图 四,原理图 图2是反激式开关电源的原理图,就是在图1框图的基础上,对各个部分进行详细的设计,当然,这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图

五,保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用:安全防护。在电源出现异常时,为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数:额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类:快断、慢断、常规 计算公式:其中:Po:输出功率 η效率:(设计的评估值) Vinmin :最小的输入电压 2:为经验值,在实际应用中,保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98: PF值 六,NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻 图4中的RT为NTC,电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。

单端反激式开关电源(毕业设计)

目录 摘要 (2) 第一章开关电源概述 (1) 1.1 开关电源的定义与分类 (1) 1.2 开关电源的基本工作原理与应用 (1) 1.2.1 开关电源的基本工作原理 (1) 1.2.2 开关电源的应用 (2) 1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势 (5) 1.3.1 开关电源待解决的问题 (5) 1.3.2 开关电源的发展趋势 (5) 第二章设计方案比较与选择 (7) 2.1 本课题选题意义 (7) 2.2 方案的设计要求 (7) 2.3 选取的设计方案 (8) 第三章反激式高频开关电源系统的设计 (9) 3.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图 (9) 3.2 单端反激式高频变压器的设计 (10) 3.2.1 高频变压器设计考虑的问题 (10) 3.2.2 单端反激式变压器设计 (11) 3.3 高频开关电源控制电路的设计 (15) 3.3.1 PWM 集成控制器的工作原理与比较 (15) 3.3.2 UC3842工作原理 (17) 3.3.3 UC3842的使用特点 (18) 3.4 反馈电路及保护电路的设计 (19) 3.4.1 过压、欠压保护电路及反馈 (19) 3.4.2 过流保护电路及反馈 (19) 3.5变压器设计中注意事项 (20) 第四章总结 (21) 参考文献 (23) 致谢 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。

反激式开关电源设计资料.doc

反激式开关电源设计资料 前言 反激式开关电源的控制芯片种类非常丰富,芯片厂商都有自己的专用芯片,例如UC3842、UC3845、OB2262、OB2269、TOPSWITCH 等等。虽然控制芯片略有不同,但是反激式开关电源的拓扑结构和电路原理基本上是一样的,本资料以UC3842为控制芯片设计了一款反激式开关电源。 单端反激式开关稳压电源的基本工作原理如下: D1 T R L 图1 反激式开关电源原理图 当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时,直流输入电压V IN加载原边绕组N P两端,此时因副边绕组相位是上负下正,使整流管D1反向偏置而截止;当驱动脉冲为低电平使Q1截止时,原边绕组N P两端电压极性反向,使副边绕组相位变为上正下负,则整流管被正向偏置而导通,此后存储在变压器中的磁能向负载传递释放。因单端反激式电源只是在原边开关管到同期间存储能

量,当它截止时才向负载释放能量,故高频变压器在开关工作过程中,既起变压隔离作用,又是电感储能元件。因此又称单端反激式变换器是一种“电感储能式变换器”。 学习了反激式开关电源的工作原理之后,我们可以自行设计一款电源进行调试。开关电源是一门实验科学,理论知识的学习是必不可少的,但是光掌握了理论知识是远远不够的,还要多做实验,测试不同环境不同参数下的电源工作情况,这样才能对电源有更深的认识。除此之外,掌握大量的实验数据可以对以后设计电源和电源的优化提供很大帮助,可以更快速更合理的设计出一款新电源或者排除一些电源故障。通过阅读下面的章节,可以使你对电源从原理理解到设计能力有一个快速的提升。

第一章 电源参数的计算 第一步,确定系统的参数。我们设计一个电源首先要确定电源工作在一个什么样的环境,比如说输入电压的范围、频率、网侧电压是否纯净,接下来是电源的输出能力包括输出电压、电流和纹波大小等等。先要确定这些相关因素,才能更好的设计出符合标准的电源。我们在第二章会详细介绍如何利用这些参数设计电源。 输入电压范围(V line min 和V line max ); 输入电压频率(f L ); 输出电压(V O ); 输出电流(I O ); 最大输出功率 (P 0)。 效率估计(E ff ):需要估计功率转换效率以计算最大输入功率。如果没有参考数据可供使用,则对于低电压输出应用和高电压输出应用,应分别将E ff 设定为0.8~0.85。 利用估计效率,可由式(1-1)求出最大输入功率。 O IN ff P P E = (1-1) 第二步:确定输入整流滤波电容(C DC )和DC 电压范围。 最大DC 电压纹波计算: max DC V ?= (1-2) 式(1-2)中,D ch 为规定的输入整流滤波电容的充电占空比。其 典型值为0.2。对于通用型输入(85~265Vrms ),一般将max V DC ?设定为

单端反激式开关电源

交流异步电动机变频调速原理: 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。 现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 交-直部分 整流电路:由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源,一般二极管反向耐压值应选1200V,二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。 (二)变频器元件作用 电容C1: 是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压,必须加以滤波, 变压器是一种常见的电气设备,可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压,也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。 压敏电阻: 有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要. 热敏电阻:过热保护

霍尔: 安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。 充电电阻: 作用是防止开机上电瞬间电容对地短路,烧坏储能电容开机前电容二端的电压为0V;所以在上电(开机)的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间,则相当于380V电源直接对地短路,瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大,充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为:10-300Ω。 储能电容: 又叫电解电容,在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压电压工作范围一般在430VDC~700VDC 之间,而一般的高压电容都在400VDC左右,为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A 均压电阻:防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容;因为二个电解电容不可能做成完全一致,这样每个电容上所承受的电压就可能不同,承受电压高的发热严重(电容里面有等效串联电阻)或超过耐压值而损坏。 C2电容; 吸收电容,主要作用为吸收IGBT的过流与过压能量。 (2)直-交部分 VT1-VT6逆变管(IGBT绝缘栅双极型功率管):构成逆变电路的主要器件,也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率,幅值都可调的交流电。 VT1-VT6是续流二极:作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管VT1-VT6在交替导通和截止的换相过程中,提供通道。(3)控制部分:电源板、驱动板、控制板(CPU板) 电源板:开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源,开关电源提供的低压电源有:±5V、±15V 、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。 驱动板:主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。 控制板(CPU板):也叫CPU板相当人的大脑,处理各种信号以及控制程序等部分 [注:再次整流(直流变交流)--->更贴切的叫法是逆变!在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见!也欢迎大家多给我们编辑组提出更多宝贵的意见和建议!mym(2005.08.23) ]

单端反激开关电源

因该电源是公司产品的一个配套使用,且各项指标都不是要求太高,故选用最常用的反激拓扑,这样既可以减小体积(给的体积不算大),还能降低成本,一举双的! 反激拓扑的前身是Buck-Boost变换器,只不过就是在Buck-Boost变换器的开关管和续流二极管之间放入一个变压器,从而实现输入与输出电气隔离的一种方式,因此,反激变换器也就是带隔离的Buck-Boost变换器。 先学习下Buck-Boost变换器 工作原理简单介绍下 1.在管子打开的时候,二极管D1反向偏置关断,电流Is流过电感L,电感电流IL线性上升,储存能量! 2.当管子关断时,电感电流不能突变,电感两端电压反向为上负下正,二极管D1正向偏置开通!给电容C充电及负载提供能量! 3.接着开始下个周期! 从上面工作可以看出,Buck-Boost变换器是先储能再释放能量,VS不直接向输出提供能量,而是管子打开时,把能量储存在电感,管子关断时,电感向输出提供能量! 根据电流的流向,可以看出上边输出电压为负输出! 根据伏秒法则 Vin*Ton=Vout*Toff Ton=T*D Toff=T*(1-D)

代入上式得 Vin*D=Vout*(1-D) 得到输出电压和占空比的关系Vout=Vin*D/(1-D) 看下主要工作波形 从波形图上可以看出,晶体管和二极管D1承受的电压应力都为Vs+Vo(也就是Vin+Vout); 再看最后一个图,电感电流始终没有降到0,所以这种工作模式为电流连续模式(Ccm模式)。 如果再此状态下把电感的电感量减小,减到一定条件下,会出现这个波形!

从上图可以看出,电感电流始终降到0后再到最大,所以这种模式叫不连续模式(DCM模式)。 把上边的Buck-Boost变换器的开关管和续流管之间加上一个变压器就会变成反激变换器! 还是和上边一样,先把原理大概讲下:

一款基于UC3842的单端反激式开关电源的设计

一款基于UC3842的单端反激式开关电源的设计 164908060( 楼主 ) 2013-8-31 11:00:32只看该作者 981 | 21 倒序浏览引言 电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点,获得了广泛的应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型,前者是一个单闭环电压控制系统,系统响应慢,很难达到较高的线形调整率精度,后者,较电压控制型有不可比拟的优点。 UC3842是由Unitrode公司开发的新型控制器件,是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是比较理想的新型的控制器闭。 电路设计和原理 1 UC3842工作原理 UC3842是单电源供电,带电流正向补偿,单路调制输出的集成芯片,其内部组成框图如图l所示。其中脚1外接阻容元件,用来补偿误差放大器的频率特性。脚2是反馈电压输入端,将取样电压加到误差放大器的反相输入端,再与同相输入端的基准电压进行比较,产生误差电压。脚3是电流检测输入端,与电阻配合,构成过流保护电路。脚4外接锯齿波振荡器外部定时电阻与定时电容,决定振荡频率,基准电压VREF为0.5V。输出电压将决定变压器的变压比。由图1可见,它主要包括高频振荡、误差比较、欠压锁定、电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。UC3842主要用于高频中小容量开关电源,用它构成的传统离线式反激变换器电路在驱动隔离输出的单端开关时,通常将误差比较器的反向输入端通过反馈绕组经电阻分压得到的信号与内部2.5V基准进行比较,误差比较器的输出端与反向输入端接成PI补偿网络,误差比较器的输出端与电流采样电压进行比较,从而控制PWM序列的占空比,达到电路稳定的目的。

20w单端反激式开关电源课件

电子综合设计与制作课程设计(论文) 20w单端反激式开关电源设计 院(系)名称电子与信息工程学院 专业班级电子122 学号120404063 学生姓名卡拉卡提 指导教师孙福明 起止时间:2014.12.15—2014.12.26

课程设计(论文)任务及评语 院(系):电子与信息工程学院教研室:电子信息工程

摘要 近年来,随着电力电子技术的发展,开关稳压电源正朝着小型化、高频化﹑继承化的方向发展,高效率的开关电源已经得到了越来越广泛的应用,单端反激式电路以其简单,可以高效提供直流输出等诸多优点,特别适合设计小功率的开关电源。开关电源是利用现代电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。开关电源比普通的线性电源效率高,开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 本文介绍了一种单端反激式单片开关电源的设计方法。该开关电源输入电压单相170~ 260V,输入交流电频率45~65HZ,输出直流电压12V恒定,输出直流电流2A,最大功率:25W,可获得高质量的稳压输出。参照给定的该电源的技术参数,设计了该开关电源的滤波、整流、逆变等电路。详细的给出了开关电源高频变压器的设计方法,文中给出了主电路图,通过基本计算,选择控制电路和保护电路的结构以及变压器的变比及容量。本文重点介绍该电源的设计思想,工作原理及特点。 关键词:开关电源;反激电路;脉宽调制

目录 第1章绪论 (1) 1.1开关电源技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (1) 第2章需求分析 (1) 2.1调研情况 (1) 2.2开关电源种类 (1) 2.3 单端反激式开关电源 (1) 2.4 开关稳压电源的电路原理框图 (2) 2.5调宽式开关稳压电源的基本原理 (3) 2.6开关电源的两种工作模式 (4) 第3章系统设计 (5) 3.1系统总体结构设计 (5) 3.2具体电路设计 (5) 3.2.1整流部分 (5) 3.2.2控制设计 (6) 3.2.3保护电路设计 (7) 3.3元器件型号选择 (7) 3.3.1 EMI滤波电路 (7) 3.3.2整流电路 (8) 3.3.3控制电路 (8) 3.4驱动电路 (8) 第4章课程设计总结 (10) 参考文献 (11)

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