单端反激式双输出开关电源设计

单端反激式双输出开关电源设计
单端反激式双输出开关电源设计

第33卷第2期

2010年4月辽宁科技大学学报Journal of University of Science and Technology Liaoning Vol.33No.2Apr.,2010

单端反激式双输出开关电源设计

王 琳1,刁嫣妲2,李荣震1,孟艳萍3,朱连成4

(1.鞍山供电公司高新技术开发区供电分公司,辽宁鞍山 114051;2.鞍山供电公司电能计量所,辽宁鞍山 114002;

3.鞍山供电公司设计院,辽宁鞍山 114002;

4.辽宁科技大学电子与信息工程学院,辽宁鞍山 114051)

摘 要:介绍了一种基于TOP246的单端反激式双输出开关电源设计,结合自制的脉冲变压器,用于交流85~265V 的宽电压输入,实现直流24V Π2A 高精度、直流12V Π1A 双输出。实验证明,设计在实际电路中表现出良好的电气特性,可以为相关设计提供较好的参考和借鉴。

关键词:开关电源;反激式变换器;反馈回路;脉冲变压器;宽电压

中图分类号:TM44 文献标识码:A 文章编号:167421048(2010)022*******

开关电源是现代化机电产品中常用的供电装置,可以不受各个国家交流电网的限制,广泛应用在相关的设备中,其效能高低直接关系到机电设备的性能。开关电源设计主要包含电路设计和磁路设计。

本文针对反激式隔离变换器[1],给出基于TOP 管的开关电源设计方案,并具体设计出一个可用于交流

85~265V 宽电压输入和直流24V Π2A 、直流12V Π1A 双输出的单端反激式开关电源。设计采用相位补偿技术,提高系统稳定性,增加抗干扰能力。通过实验验证了设计的正确性和可行性。

1 电路设计

111 基本原理

反激式隔离变换器是中小功率开关电源最为常用的变换器之一,其典型拓扑结构如图1所示。其图1反激式变换器拓扑结构Fig.1 Topological structure of fly back converter

中,+V in 为整流后的输入电压;T 为脉冲变

压器,设计中还应有回路控制的偏置绕组;D 1

为输出回路的快恢复肖特基整流二极管;R 1

和C 1为其阻容吸收电路;输出电路还包括由

电感L 0和两个电容C 0组成的一个π型低通

滤波电路;变压器初级有R r 、C r 和D r 组成的

RCD 漏感尖峰吸收电路;Q 为控制脉冲变压

器一次绕组导通和截止的反激式变换器所需

的开关功率MOS 管;N P 为初级绕组匝数,N S

为次级绕组匝数;设计中变压器一次侧与二次

侧的地信号采用安规电容隔离;“?”表示同名端。 在反激式变换器中,功率开关管将输入的直流电压转变成一些列的方波信号施加于脉冲变压器初级绕组上,通过脉冲变压器的电磁能量转换与传递,经过整流二极管、滤波电路处理后,给负载R L 提供所需要的优质电压和功率。

112 TOP 管辅助电路

采用内部集成功率MOS 管的TOP246作为开关控制器件,额定负载功率为90W ,再加以外围电收稿日期:2009212220。

作者简介:王琳(1978-),男,辽宁鞍山人,工程师,主要从事电网调度及电源优化的研究工作。

路,可以实现过压、欠压、过流、过热等保护功能。实际使用的TOP 管电路连接,如图2所示。

图2中,C 21与R 6、C 22组成低通滤波和稳压电路,可以有效滤除TOP246管脚1受到的干扰信号。R 1接于交流电压整流后输出的直流电压,作为系统电压检测,当系统出现过电压或欠电压时,TOP246管将自动封锁脉冲输出,禁止脉冲变压器工作。U 121引脚用来作为变压器的偏置绕组输入端,与内部集成的MOS 管管脚6配合,反向控制PWM 输出占空比,即管脚1流入的电流越大,管脚6输出的PWM 占空比越小;反之,则越大。U 126

接变压器的初级绕组同名端。

图2 TOP246管脚电路连接Fig.2 TOP246pins connection 图3 改进型输出反馈电路Fig.3 Improved output feedback circuit

113 反馈回路

采用具有精密电压基准的三端可编程并联稳压二极管TL431A 和线性光耦PC817B 构成系统的反馈控制回路,利用偏置绕组,控制TOP 管的占空比,实现反激式变换器输出电压的精准控制。TL431A 检测输出的电压(+24V )越大,经过线性光耦PC817B 变换,流入TOP 管脚1的电流越大,TOP 管控制内部MOS 管导通和关断的占空比与输入1脚的电流成反比,使输出电压降低,维持了输出电压的稳定;反之亦然。

为了提升系统的稳定性,设计采用相位补偿技术[2]。如图3所示,增加C 23与R 9后,提高了系统的

相角裕度和幅值裕度。改进后系统的幅频特性和相频特性如图4所示。系统的穿越频率约为2158kHz ,相角余量约为4813°,系统稳定

图4 改进后的幅频和相频特性

Fig.4 Improved amplitude 2frequency and phase 2frequency characteristic

114 脉冲变压器箝位吸收保护电路

如图5中虚线框所示,采用Z +RCD 带浪涌保护的漏感尖峰吸收电路,将MOS 管的电压箝位在175V 以内,防止电压过高击穿MOS 管。

115 输出滤波电路

为了确保系统输出电压纹波较小,设计采取了相应滤波去噪技术。采用LC 构成低通滤波器滤除一定的高频干扰,滤波电容可按1000μF ΠA 经验值选择容量。同时,输出采用效抑制共模和差模干扰的电感还可以避免系统对其他电路和电气设备的干扰。实验调试后的EM I 良好。脉冲变压器初级箝位与输出滤波电路,如图5所示。

?241? 辽宁科技大学学报 第33卷

图5 脉冲变压器初级箝位与输出滤波电路

Fig.5 Primary clamping and output filter circuit of pulse transformer

2 磁路设计

磁路部分包括高频脉冲变压器和各滤波电感等。其中,脉冲变压器是现代开关电源的核心元件,实际应用中主要起到能量传递、电压变换和电气隔离的作用。脉冲变压器的性能好坏,不仅影响变压器自身的发热和效率,而且还会影响到开关电源的技术性能指标及其可靠性。在脉冲变压器的设计和制作

过程中,磁芯材料、磁芯和线圈结构、绕制工艺等必须全面考虑[3]。

211 脉冲变压器参数

根据面积乘积法,按最大值选择,设计中脉冲变压器采用EFD30扁平型磁芯骨架。为提高绕组的

利用率,采用多根漆包线并绕技术,既可以提高绕组载流量,也能有效减少集肤效应影响[4]。脉冲变压

器原绕组采用直径为0135mm 的2股漆包线并绕匝数14圈;输出为直流24V 的次级绕组采用直径为0145mm 的4股漆包线并绕匝数3圈;输出直流12V 的副绕组直径为0135mm 的3股漆包线并绕匝数3圈,偏置绕组为直径0135mm 的单股漆包线绕4圈。

经过验证,变压器参数满足要求,设计合理。

212 系统输入的EM I 滤波电感和整流电路

系统输入EM I 滤波电感采用U F10.5骨架,设计电感量为611mH [5]。系统交流电源输入与滤波、

整流电路,如图6所示

图6 系统交流电源输入和整流电路

Fig.6 Alternating current input of system and rectifier circuit

图6中,AC 2L 和AC 2N 为输入的交流电压,范围为85~265V ;PE 接电源外壳,作为保护接地线;R T 为负温度系数热敏电阻,R V 为压敏电阻;C X1、C X2为X 系列安规电容;C Y 为Y 系列的安规电容;BR

?

341?第2期 王琳,等:单端反激式双输出开关电源设计

为整流桥;C 1为变压器直流电压输入的高频低阻电容。

3 实验结果

系统满载连续工作8h 后,功率芯片温度为51℃,符合温升要求。部分电压波形,如图7所示。图7中,脉冲变压器二次侧输出的24V 电压波形,最大值为28V ,最小值为-60V ;经过输出整流二极管及其阻容吸收后的波形,最大值2512V ,最小值2216V ,阻容电路吸收效果较好;经过输出低通滤波电路后的波形,最大值为2410V ,最小值为2314V ,平均值为2317V ,精度为±1125%;系统输出的12V 电压波形,最大值为1119V ,最小值1119V

图7 部分实验结果波形

Fig.7 Waveforms of some experiment results

4 结 语

介绍的基于TOP 管的宽范围交流电压输入、高精度直流电压输出的单端反激式隔离变换器双输出开关电源方案,通过满载和交流115kV 耐压试验,结果证实,设计符合要求,电气性能可靠,可以为同类电路设计提供一定的参考和借鉴。

参考文献:

[1]张志薇.具有高功率因数的多路输出反激变换器的研究[D ].哈尔滨工业大学,2006.

[2]王闯瑞,胡荣强,黄庆义,等.反激型开关电源反馈回路的改进[J ].通信电源技术,2005(4):42244.

[3]曹丰文,李冬黎,刘振来.小功率反激式开关变压器的设计与制作[J ].电工技术杂志,2002(5):54256.

[4]COBOS J A ,,G ARCIA O ,SEBASTION J ,et al.Resonant reset forward topologies for low out put voltage on board convert 2ers[C]ΠΠ.Applied Power Electronics Conference and Exposition ,APEC ’94Conference Proceedings 1994.Nint hAnnual ,1994:7032708.

[5]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M ].北京:高等教育出版社,2003:922126.

Design of switch pow er supply of single feedback with double outputs

W A N G L i n 1,DIA O Yan 2da 2,L I Rong 2z hen 1,M EN G Yan 2pi ng 3,ZHU L ian 2cheng 4

(1.Department of High and New Technology Industrial Development Z one ,Anshan Power Supply Company ,Anshan 114051,China ;

2.Electric Energy Measurement Station ,Anshan Power Supply Company ,Anshan 114002,China ;

3.Design Institute ,Anshan Power Supply Company ,Anshan 114002,China ;

4.School of Electronic and Information Engineering ,University of Science and Technology Liaoning ,Anshan 114051,China )Abstract :A switch power supply of single fly back with double outputs with TOP246is designed ,which is combined with self 2made pulse transformer ,and applied to the wide voltage input of 85~265V.The switch power supply realizes a high accuracy for 24VDC Π2A and double outputs for 12VDC Π1A.The results indi 2cate that there is a good electric characteristic in design circuit ,and it provides a better reference for future design.

K ey w ords :switch power supply ;fly back converter ;feedback loop ;pulse transform ;wide voltage

(R eceived December 20,2009)?441? 辽宁科技大学学报 第33卷

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

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)

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:

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。

(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)

反激式开关电源设计

基于U C3845的反激式开关电源设计 时间:2011-10-2821:40:13来源:作者: 引言 反激式开关电源以其结构简单、元器件少等优点在自动控制及智能仪表的电源中得到广泛的应用。开关电源的调节部分通常采用脉宽调制(PWM)技术,即在主变换器周期不变的情况下,根据输入电压或负载的变化来调节功率MOSFET管导通的占空比,从而使输出电压稳定。脉宽调制的方法很多,本文中所介绍的是一种高性能的固定频率电流型脉宽集成控制芯片UC3845。该芯片是专为离线的直流至直流变换器应用而设计的。其主要特点是具有内部振荡器、高精度误差比较器、逐周电流取样比较、启动电流小、大电流图腾柱输出等,是驱动MOSFET的理想器件。 1UC3845简介 UC3845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。 图1UC3845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(2.5V)进行比较,调整脉宽。 3脚:电流取样输入端。 4脚:RT/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:Vref,5V基准电压,输出电流可达50mA. 2设计方法 如图2为基于UC3845反激式开关电源的电路图,虚线框内为UC3845内部简化方框图。 1)启动电压和电容的选择 交流电源115VAC经整流、滤波后为一个纹波非常小的直流高压Udc,该电压根据交流电源范围往往可得到一个最大Udcmax,一和最小电压Udcmin。 当直流输入电压大于144V以上时,UC3845应启动开始工作,启动电阻应由线路直流电压和启动所需电流来确定。 根据UC3845的参数分析可知,当启动电压低于8.5V时,UC3845的整个电路仅消耗lmA的电流,即UC3845的典型启动电压为8.5V,电流为1mA.加上外围电路损耗约0.5mA,即整个电路损耗约1.5mA.在输入直流电压为最小电压Ddcmmn时,启动电阻Rin的计算如下: 图2基于UC3845反激式开关电源的电路图 启动过程完成后,UC3845的消耗电流会随着MOSFET管的开通增至100mA左右。该电流由启动电容在启动时储存的电荷量来提供。此时,启动电容上的电压会发生跌落到7.6V以上,要使UC3845fj~

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。

反激式开关电源的设计方法

1 设计步骤: 1.1 产品规格书制作 1.2 设计线路图、零件选用. 1.3 PCB Layout. 1.4 变压器、电感等计算. 1.5 设计验证. 2 设计流程介绍: 2.1 产品规格书制作 依据客户的要求,制作产品规格书。做为设计开发、品质检验、生产测试等的依据。 2.2 设计线路图、零件选用。 2.3 PCB Layout. 外形尺寸、接口定义,散热方式等。 2.4 变压器、电感等计算. 变压器是整个电源供应器的重要核心,所以变压器的计算及验证是很重要的, 2.4.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max ) B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm 2) B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDK Ferrite Core PC40为例,100℃时的B(max)为3900 Gauss ,设计时应考 虑零件误差,所以一般取3000~3500 Gauss 之间,若所设计的 power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右,以避免铁心 因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae 越高,所以可以 做较大瓦数的Power 。 2.4.2 决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,可以做较大瓦数的Power ,但相对价格亦较高。 2.4.3 决定变压器线径及线数: 变压器的选择实际中一般根据经验,依据电源的体积、工作频率,

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)

什么样的电路是单端反激

单位的项目需要一个开关电源,而产品空间的设计又导致无法使用市售的成品电源,于是我就领到了这个设计开关电源的任务。 这个任务的内容是设计一款220V AC网电源输入,带有5V500mA,12V6A输出的隔离式开关电源,对效率、纹波等其他的要求不高。 1、电源的主回路 1.1什么样的电路是单端反激 如图一所示的电路构成的电源电路就是常说的单端反激开关电源。 基本工作原理 简单说就是当Q1开通时,输入的直流电压通过初级绕组向变压器灌入能量;Q1关断时变压器内灌注的能量通过次级绕组释放,经D1整流、C2滤波后供负载使用。(插基本原理示意图) 1.2单端反激电源的优点 首先这个结构是与网电隔离的(国外的资料一般叫离线式)安全性好;这种结构相对简单,比较好做; 通过改变开关脉冲占空比和变压器的变比可以很容易的实现大范围的电压调整; 1.3单端反激电源的限制 最大的限制就是输出功率咯,一般就是几十瓦或者百来瓦。有这个限制的原因是这种电路结构的输出功率取决于通过变压器原边的电流峰值,而这个峰值跟原边的电感量(还有开关频率、占空比等其他因素),如果想把电源的功率做的很大,那么变压器的电感量会小到跟分布参数接近,最后没办法成功的绕出一个合适的变压器来。 所以在设计电源一开始的时候,应该对要设计的电源功率有一个规划,资料上的说法是如果设计功率在100W以内那么可以采用单端反激的结构,否则应该考虑单端正激的结构。 这一次我要设计电源大概是80瓦的,所以我选择了单端反激的结构。 另一个限制是占空比,单端反激的结构中,开关信号的占空比一般不超过45%。这是因为在单端反激的结构中,由于变压器绕组的反电动势存在,作为开关管在关断时需要承受的电压为:

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