基于双闭环控制的单端反激式多路隔离输出开关电源的实现

基于UC3842的单端反激式开关电源设计

基于UC3842的单端反激式开关电源设计作者：王秋妍郑浩王道平王凯来源：《电子技术与软件工程》2018年第02期摘要本文设计了一种基于UC3842芯片控制的双路输出反激式开关电源，介绍了控制电路和变压器设计，由于开关电源设计的实践性较强，本文给出的方法仅作为一种参考，实际问题则需要在实践中不断加以总结和完善，才能满足要求。

【关键词】开关电源反激式 UC3842 变压器开关电源作为电源家族中重要的成员，由于其效率高、可靠性高、体积小等优势，已经成为发展较快的前沿电源技术。

根据转换的形式开关电源可以分为：AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC。

其中DC/DC是基本变换器，包括3种基本拓扑结构：Buck（降压型）、Boost（升压型）和Buck-boost（升降压型）。

在此基础上，演变出Forward（正激式）、Fly-back（反激式）、Half-bridge converter（半桥式）、 Full-bridge converter（全桥式）、Push-pull converter（推挽式）。

由于反激式变换器具有电路结构简单，工作频率高、输出电压稳定且输出不需要滤波电感等优点，特别适用于小功率、多路输出的场合。

1 反激式开关电源反激式开关电源因其输出端输出端在变压器原边绕组断开电源时才获得能量而得名。

其拓扑结构如图1所示。

如图1所示，反激式拓扑基本原理为：在脉宽调制PWM信号高电平时，开关管导通，变压器一次侧有电流流过，此时一次侧存储能量，而变压器二次侧感应出与一次侧反相的电压，二极管VD反向截止，输出由电容产生；在脉宽调制PWM信号为低电平时，开关管截止，变压器一次侧电流为零，根据电感特性，变压器一次侧将产生反向电压，此时，变压器二次侧感应出的电压使二极管VD正向导通，进而给电容充电并为负载提供能量。

由反激式拓扑构成的开关电源结构框图如图2所示。

由图2所示，反激式开关电源主要包括输入EMI电路，整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路、反馈电路、输出整流滤波电路等。

一种新型多路输出反激式开关电源的设计和实现

纹波输出功率
≤ １％
５Ｗ２
Ｉ引言
开关电源的设计通常选用ＰＷＭ集成芯片。近年来，将ＰＷＭ控制电路、保护电路集成到一块芯片上的开关电源集成控制器，由于其外围电路简单和高可靠性等优点，受到了电路
设计人员的欢迎
常见的ＰＷＭ控制器分为电压控制型和电流控制型两种。电压型ＰＷＭ是通过反馈电压来调节输出脉宽。电流型ＰＷＭ是通过输出电感线圈的电流信号与误差放大器输出信号相比较来调节占空比，从而使电感峰值电流随误差电压变化而变化。目前电流型ＰＷＭ控制器是较理想的一种ＰＷＭ控制器。下面介绍一种采用ＵＣ８４３４高性能电流型ＰＷＭ控制器的反激式开关电源电路，该电路具有电流反馈和电压反馈双环控制的优点，电压调整率和负载调整率高。其中光耦ＨＩＡ１１和三端稳压管Ｔ４１Ｌ３配合控制大大提高了电源电压的瞬态响应速度和调整率。实验证明该电路具有良好的性能和很高的应用价值。
ｖｌｇｐｌｇｏｏｄａｊｓｎｔｎｄＯｏ．ｔａｂｓｄｆｒｔｒｏ－ｏｔｅｉｐｅｏｄｌｕｔｔａａｒ，ａｄｍｅｒｅａｎＩＣｅｕｅｏｍｏｏｎＳｎｃ
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多路单端反激式开关电源设计

多路单端反激式开关电源设计佚名【摘要】A TOP223Y⁃based switching power supply with multi⁃channel output single⁃end flyback AC/DC module was de⁃signed. Peripheral circuits are analyzed by TOP Switch series single⁃chip switching power supply chip and the feedback system composed of TL431 and PC817A. The AC/DC switching power supply whose voltage stabilization adjusting weight is 0.6 and 0.4 with the outputs of +5V/3A and +12V/1A was designed. The experimental results show that the switching power supply has high efficiency,small ripple,high output accuracy and high stability.% 设计了一种基于TOP223Y多路输出单端反激式开关电源。

采用TOP Switch系列三端高频单片开关电源芯片，配合由TL431、PC817A组成的反馈系统对外围电路进行分析。

设计出了一种输出为+5 V/3 A，+12 V/1 A不同稳压调整权重分别为0.6，0.4的AC/DC开关电源。

实验结果表明，该开关电源不但效率高，纹波小，而且输出精度高和稳定性强。

【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(000)014【总页数】5页(P162-165,170)【关键词】开关电源;单端反激;高频变压器;双反馈【正文语种】中文【中图分类】TN702-34单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。

多路输出单端反激式开关电源仿真与设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告题目多路输出单端反激式开关电源仿真与设计学生姓名学号院 ( 系 )专业指导教师报告日期2015 年 11 月 24 日题目类别（请在有关项目下作√记号）设计论文其它√题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是否□毕业设计（论文）起止时间2015年10月24日起至2016年04月26日（共16周）1.设计的意义及国内外状况1.1 设计的意义开关电源是电力电子设备中不可或缺的部分,与人们的生活、工作有着密不可分的关系。

在工业自动化控制、军工设备、科研设备、发光二极管照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备和半导体制冷制热等领域, 都能看到开关电源产品被广泛应用。

开关电源一般由脉冲宽度调节控制和场效应管构成,利用现代电力电子技术,是控制开关管关断和导通时间的比率,维持稳定输出电压的一种电源。

开关电源的发展方向是高频化。

高频化能使开关电源小型化,并使开关电源在更广泛的领域适用,尤其是能在高新技术领域应用,从而推动高新技术产品的小型化、轻便化。

另外, 开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源和保护环境等方面都具有重要的意义。

现有的稳压电源可分成两大类: 线性稳压电源和开关稳压电源.线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源, 其特点是输出电压比输入电压低, 反应速度快, 输出纹波较小, 工作产生的噪声低, 效率较低, 发热量大( 尤其是大功率电源) , 间接地给系统增加了热噪声。

开关稳压电源是一种新颖的稳压电源, 通过改变调整管的导电时间和截止时间的相对长短来改变输出电压的大小。

开关稳压电源具有功耗小、效率高、体积小、质量轻和稳压范围宽等特点。

但开关电源还存在较为严重的开关干扰、输出纹波电压高、瞬变响应较差和电磁干扰等缺点。

这就需要靠技术手段和工艺措施来克服上述缺点。

近年来, 电源技术的飞速发展, 使高效率的开关电源得到了越来越广泛的应用。

1.2 国内外研究现状1955 年, 美国人罗耶发明了自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器, 标志着实现了高频转换控制电路. 1957 年, 美国人查赛发明了自激式推挽晶体管双变压器. 1964 年, 美国科学家们提出了取消工频变压器的串联开关电源的设想,为减小电源的体积和质量开创了一条根本的途径.1969 年, 随着大功率硅晶体管耐压的提高和二极管反向恢复时间的缩短等元器件性能的改善, 终于做成了25kHz的开关电源.开关电源最早起源于上世纪50年代初，美国宇航局以小型化、轻量化、为目标，为搭载火箭开发了开关电源。

一款多路输出单端反激式开关电源的电路设计方案

多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的新巨电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。

仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。

为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。

从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。

从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动(包括电压变动，负载变动等)，在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度(一般优于0.5%)，也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。

对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1)T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32)辅助电路的负载情况。

3)主电路的负载情况注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。

图1在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。

在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。

为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。

电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1)测试仪表及设备连接。

2)调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2…Sn，调节被测电源变换器各路输出电流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。

3)调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。

4)按式(1)计算第j路的交叉负载调整率SIL。

SIL=×100%(1)式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时，Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值；Uj为各路输出电流为额定值时，第j路的输出电压。

单端反激式开关电源设计的matlab实现

单端反激式开关电源设计的matlab实现%设计开始%输入交流最小值(V)Uacmin = 85;fprintf('输入交流最小值：%dV\n',Uacmin)%输入交流最大值(V)Uacmax = 265;fprintf('输入交流最大值：%dV\n',Uacmax)%线电压频率(HZ)Fline = 50;fprintf('输入线电压频率：%dHZ\n',Fline)%输出电压(V)Uo = [5 15];%输出整流管正向导通压降(V)Uf = [0.4];%输出电流(A)Io = [0.8 0.5];for i = 1:length(Uo);fprintf('输出电压%d为%2.1fV，输出电流为%3.2fA\n',i,Uo(i),Io(i))end%输出功率(w)Po = (Uo+Uf)*Io';fprintf('输出功率：%3.1fW\n',Po)%效率eta = 0.8;fprintf('效率：%d%%\n',round(eta*100))%整流桥导通时间(s)Tc = 32e-4;%E6标准基数E6=[1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8];%整流滤波电容(uF)if Po >= 4for i = 1:6;if (Po*2.5) < (E6(i)*10)Cin = E6(i)*10;break;endendendif Po >= 40for i = 1:6;if (Po*2.5) < (E6(i)*100)Cin = E6(i)*100;break;endendendfprintf('滤波电容：%duF\n',Cin)%输入最小直流电压(V)Udcmin = sqrt(2*(Uacmin^2)-(2*Po*(1/(2*Fline) - Tc))/(eta*Cin*10^(-6)));fprintf('输入直流最小值：%dV\n',round(Udcmin))%输入最大直流电压(V)Udcmax = sqrt(2)*Uacmax;fprintf('输入直流最大值：%dV\n',round(Udcmax))%最大占空比Dmax = 0.45;fprintf('设定最大占空比：%d%%\n',round(Dmax*100))%开关管饱和导通压降(V)Uds = 10;%反激电压(V)Uor = (Udcmin - Uds)*Dmax/(1-Dmax);fprintf('反激电压：%4.1fV\n',Uor);%最小占空比Dmin = Uor/(Uor+(Udcmax-Uds));%开关管最小耐压(V)Umos_min= Udcmax+1.4*1.5*Uor+20;fprintf('开关管最小耐压：%5.2fV\n',Umos_min)%开关频率(KHZ)f = 60;%电流密度(A/mm^2)J = 5;%设定窗口利用率(0.2~0.4)Ku = 0.3;%设定工作模式(CCM/DCM),设定拓扑系数KTKrp = 1;if(Krp == 1)fprintf('工作模式为DCM\n');KT = (2/sqrt(3))*(sqrt(1-Dmax)+sqrt(Dmax));elsefprintf('工作模式为CCM\n');KT = ((1-Dmin)/(1-Dmax))*(sqrt(1-Dmax)+sqrt(Dmax))/Krp; end%最大磁通密度(T) (0.2~0.3)Bm = 0.22;%面积法选定磁芯(cm^2)Ap = 1.5*KT*Po/(10*Bm*J*Ku*f*eta);%1.5倍余量fprintf('所选磁芯最小面积乘积为：%5.3fcm^2\n',Ap);%根据所选磁芯EE25，查阅相关参数Ae = 40;%初级绕组平均电流(A)Iavg = Po/(eta*Udcmin);fprintf('初级绕组平均电流：%5.3fA\n',Iavg)%初级绕组峰值电流(A)Ipkp= Iavg*(2/((2-Krp)*Dmax));fprintf('初级绕组峰值电流：%5.3fA\n',Ipkp)%确定开关管的最大电流(A)Imos_pk = 1.5*Ipkp;fprintf('开关管能承受的最小电流：%5.3fA\n',Imos_pk) %初级绕组有效值电流(A)Irmsp = Ipkp*sqrt(Dmax*((Krp^2)/3-Krp+1)); fprintf('初级绕组有效值电流：%5.3fA\n',Irmsp)%确定初级电感量Lp(mH)Lp = Udcmin*Dmax/(f*Ipkp*Krp);fprintf('初级绕组电感量：%3.2fmH\n',Lp);%原边匝数(Turn)Np = round(1000*Lp*Ipkp/(Ae*Bm));fprintf('原边匝数：%d匝\n',Np);Ns = round(Np*(Uo+Uf)/Uor);for i = 1:length(Uo)fprintf('第%d路输出副边绕组匝数：%d匝\n',i,Ns(i)); end%偏置电压(V) (与具体芯片有关)Ub = 15;%偏置绕组输出整流二极管正向导通压降(V)Ud = 0.7;%偏置绕组匝数(Turn)Nb = round(Np*(Ub+Ud)/Uor);fprintf('偏置绕组匝数：%d匝\n',Nb);%开气隙前Al (nH/Turn^2) (与磁芯型号有关)Al = 2000;fprintf('开气隙前电感系数：%3.2fnH/Turn^2\n',Al); Alg = 10^6*Lp/(Np^2);fprintf('开气隙后电感系数：%3.2fnH/Turn^2\n',Alg); %气隙长度Lg(mm)Lg = 0.4*pi*Ae*(1/Alg-1/Al);fprintf('气隙长度：%3.2fmm\n',Lg);%20℃铜导线集肤效应穿透深度(mm)d = 66.1/sqrt(f*10^3);fprintf('集肤效应穿透深度：%3.2fmm\n',d );%原边导线线径(mm)for i = 1:6;%最多6股并绕Dp = 1.13*sqrt(Irmsp/(i*J));if Dp <= 2*dbreak;endendif i > 1fprintf('原边导线线径：%3.2fmm，%d股并绕\n',Dp,i); elsefprintf('原边导线线径：%3.2fmm，单股\n',Dp);end%副边电流峰值(A)Ipks = Ipkp*((Uo+Uf).*Io/Po)*Np./Ns;for i = 1:length(Uo)fprintf('第%d路输出副边电流峰值：%3.2fA\n',i,Ipks(i)); end%副边电流有效值(A)Irmss = Ipks*sqrt((1-Dmax)*((Krp^2)/3-Krp+1));for i = 1:length(Uo)fprintf('第%d路输出副边电流有效值：%3.2fA\n',i,Irmss(i));endfor i = 1:length(Uo)for j = 1:6%最多6股并绕Ds(i) = 1.13*sqrt(Irmss(i)/(j*J));if Ds(i) <= 2*dif j > 1fprintf('第%d路输出副边导线线径：%3.2fmm，%d股并绕\n',i,Ds(i),j);elsefprintf('第%d路输出副边导线线径：%3.2fmm，单股\n',i,Ds(i));endbreak;endendend%输出滤波电容上的纹波电流(A)Irs = sqrt(Irmss.^2-Io.^2);for i = 1:length(Uo)fprintf('第%d路输出滤波电容纹波电流：%3.2fA\n',i,Irs(i));end%输出整流管最低耐压(V)Ubrs = 1.25*(Uo + Udcmax*Ns/Np);%取1.25倍余量for i = 1:length(Uo)fprintf('第%d路输出整流管最低耐压：%3.2fV\n',i,Ubrs(i));end%偏置绕组整流管最低耐压(V)Ubrb = 1.25*(Ub + Udcmax*Nb/Np);%取1.25倍余量fprintf('偏置绕组整流管最低耐压：%3.2fV\n',Ubrb); %输入整流桥最低耐压(V)Ubr = 1.25*Uacmax;%取1.25倍余量fprintf('输入整流桥最低耐压：%3.2fV\n',Ubr);%开关电源功率因数cosPhicosPhi = 0.6;fprintf('开关电源功率因数设为：%3.2f\n',cosPhi );%输入整流桥最小有效值电流(A)Ibr = 2*Po/(eta*Uacmin*cosPhi);%取2倍余量fprintf('输入整流桥最小额定电流：%3.2fA\n',Ibr);%设计结束输入交流最小值：85V输入交流最大值：265V输入线电压频率：50HZ输出电压1为5.0V，输出电流为0.80A输出电压2为15.0V，输出电流为0.50A输出功率：12.0W效率：80%滤波电容：33uF输入直流最小值：91V输入直流最大值：375V设定最大占空比：45%反激电压：66.2V开关管最小耐压：533.72V工作模式为DCM所选磁芯最小面积乘积为：0.186cm^2初级绕组平均电流：0.165A初级绕组峰值电流：0.735A开关管能承受的最小电流：1.102A初级绕组有效值电流：0.285A初级绕组电感量：0.93mH原边匝数：77匝第1路输出副边绕组匝数：6匝第2路输出副边绕组匝数：18匝偏置绕组匝数：18匝开气隙前电感系数：2000.00nH/Turn^2开气隙后电感系数：156.43nH/Turn^2气隙长度：0.30mm集肤效应穿透深度：0.27mm原边导线线径：0.27mm，单股第1路输出副边电流峰值：3.39A第2路输出副边电流峰值：2.01A第1路输出副边电流有效值：1.45A第2路输出副边电流有效值：0.86A第1路输出副边导线线径：0.43mm，2股并绕第2路输出副边导线线径：0.47mm，单股第1路输出滤波电容纹波电流：1.21A第2路输出滤波电容纹波电流：0.70A第1路输出整流管最低耐压：42.75V第2路输出整流管最低耐压：128.26V偏置绕组整流管最低耐压：128.26V输入整流桥最低耐压：331.25V开关电源功率因数设为：0.60输入整流桥最小额定电流：0.59A。

基于DSP双闭环控制的单相逆变电源设计与实现

基于ＤＰ闭环控翩的单相逆变电源设计与实现Ｓ双
电工电气（０Ｎｏ）２１．１３
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李东旭，黄灿水，汤宁平，陈桂玉
（州大学电气工程与自动化学院，福建福州３００）福５１８
摘要：设计了一种基于ＤＰ的电压、电流双闭环控制的单相逆变电源，介绍了平均值闭环控制Ｓ
ｔｏ，ｓｄｓｇｄ．ｎｒｄｔｏｓｍａｅｔｈｖｅａｅｖｌｌｓｄｌｏｏｔｏｌｒｎｃｐｅＭＡＴＬＡＢｏｗａｅｗａｅｏｃｒｙｏｔｒｌｗａｅｉｎｅＩｔｏｕｃｉｎｗａｄｏｔｅａｒｇａｕｅｃｏｅｏｐｃｎｒｉｉｌ．ｐｓｆｒｓｕｓｄｔａｒｕｔｓｍｕａｉｎａｌｉｏｏｔｏｔａｅｙＴｈＰｗａａｅｓａｘｒｍｅｔｌｐａｆｒｏｃｒｙｏｔｅｐｒｍｅｔａｄｖｒｆｃｔｏｒｉｌｔｏｎａｙｓｓｆｒｃｎｒｌｓｒｔｇ．ｅＤＳｓｔｋｎａｎｅｐｅｉｎａｌｔｏｍｔａｒｕｘｅｉｎｎｅｉａｉｎｆｉｏｈｒｗａｅａｏｆｗａｅｏｅｓｔｍ．ａｄｒｎｄｓｔｒｆｔｙｓｅＴｈｅｒｓｔｓｏｈｔｈｓｐａａｓｒｔｂｅｉｖｒｅｕｐｕｔｏｄｄｎｍｉｒｏｍａｃｈｅｕｌｈｗｓｔａｉｌｎｃｎａｓｕｅｓａｌｎｅｔｒｏｔｔｗｉｇｏｙａｃｐｅｆｒｎｅｔｈａｄｌｗｏｔｍｅｔｈｅｎｅｆｎｏｍａｉ．ｎｏｃｓ，ｅｉｔｅｄｏｒｌｔｎｇｓｅ

多路输出单端反激电源的设计

ＣＨＥＮＣｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＨｕｉ，ＷＡＮＧＪｉｎ－ｂａｏ，ＹＡＮＹｏｎｇ－ｃｈａｎｇ，ＩＸ）ＮＧＹｕａｎ－ｙｕａｎ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１（）（）（）４４，Ｃｈｉｎａ）
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄｆｌｙｂａｃｋ；ｄｕａｌ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ
研种开发ｌｌ
多路输出单端反激电源的设计
陈城，黄辉，王金宝，闰永昶，董圆圆
（北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４）摘要：设计了一种基于Ｕ（２８４４的多路输出单端反激电源，给出了该电源的具体设计步骤和详细的设计参数及高频变压器