電力電子課程設(shè)計--單端反激式多路輸出開關(guān)電源設(shè)計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　單端反激兩路輸出開關(guān)電源</p><p>　　題 目： 單端反激式多路輸出開關(guān)電源設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 信息與控制工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣10-2 &

2、lt;/p><p><b>　　學(xué)生姓名</b></p><p>　　日 期： 2013.7.1～2012.7.14 </p><p><b>　　課程設(shè)計的要求</b></p><p>　　本課程設(shè)計要求根據(jù)所提供的元器件設(shè)計并制作一個小功率的單端反激式開關(guān)電源。我設(shè)計

3、的是110V/6V，0.5A和8V,1A的反激式開關(guān)電源，要求畫出必要的設(shè)計電路圖，進(jìn)行必要的電路參數(shù)計算,完成電路的焊接。</p><p><b>　　設(shè)計原理及方法　</b></p><p>　　1．基本反激變換器工作原理</p><p>　　基本反激變換器如圖1所示。假設(shè)變壓器和其他元器件均為理想元器件，穩(wěn)態(tài)工作下。（1）當(dāng)有源開關(guān)Q導(dǎo)通

4、時，變壓器原邊電流增加，會產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，從而在副邊產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動勢，如圖2(a)所示，無源開關(guān)VD1因反偏而截止，輸出由電容C向負(fù)載提供能量，而原邊則從電源吸收電能，儲存于磁路中。（2）當(dāng)有源開關(guān)Q截止時，由于變壓器磁路中的磁通不能突變，所以在原邊會感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電動勢，而在副邊會感應(yīng)出上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，故VD1正偏而導(dǎo)通，如圖2(b)所示，此時磁路中的存儲的能量轉(zhuǎn)到副邊，并經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時補(bǔ)

5、充濾波電容C在前一階段所損失的能量。輸出濾波電容除了在開關(guān)Q導(dǎo)通時給負(fù)載提供能量外，還用來限制輸出電壓上的開關(guān)頻率紋波分量，使之遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)的直流輸出電壓。</p><p>　　圖 1 反激變換器的原理圖</p><p>　　2．反激變換器的吸收電路</p><p>　　實際反激變換器會有各種寄生參數(shù)的存在，如變壓器的漏感，開關(guān)管的源漏極電容。所以基本反激變換器在實

6、際應(yīng)用中是不能可靠工作的，其原因是變壓器漏感在開關(guān)Q截止時，沒有滿意的去磁回路。為了讓反激變換器的工作變得可靠，就得外加一個漏感的去磁電路，但因漏感的能量一般很小，所以習(xí)慣上將這種去磁電路稱為吸收電路，目的是將開關(guān)Q的電壓鉗位到合理的數(shù)值。在220V AC輸入的小功率開關(guān)電源中，常用的吸收電路主要有RCD吸收電路和三繞組吸收電路。其結(jié)構(gòu)如圖3(a)(b)所示。</p><p>　?。╝）

7、 (b)</p><p><b>　　圖2吸收電路</b></p><p>　　3.單端反激式變換器變壓器的設(shè)計</p><p>　　在本次實習(xí)中提供的變壓器的鐵芯是EE28鐵氧體鐵芯，其在25攝氏度的磁導(dǎo)率為，鐵芯的初始磁導(dǎo)率為。</p><p>　　變壓器選擇的相關(guān)參數(shù)包括：

8、原副邊匝數(shù)比、原邊匝數(shù)NS、副邊匝數(shù)和氣隙，本次試驗中用到的變壓器的繞組的漆包線已經(jīng)給定，無需選擇。</p><p>　?。?）原副邊匝數(shù)比及其匝數(shù)的確定：</p><p>　　根據(jù)實習(xí)任務(wù)的要求;需要的直流輸出電壓為8V和6V，由器件本身的參數(shù)可以知道其耐壓。</p><p>　　，如果考慮到漏感引起的的電壓尖峰，開關(guān)管兩端承受的關(guān)斷電壓為：</p>

9、<p>　　，一般來說開關(guān)管的耐壓需要在這個基礎(chǔ)之上留下至少30%的裕量。假設(shè)開關(guān)管的耐壓極限為，。</p><p>　　為了保證電路工作于DCM模式，磁路儲能和放電總時間應(yīng)該控制在0.8T以內(nèi)，所以,</p><p>　　（2）原副邊匝數(shù)的計算：</p><p>　　根據(jù)器件的資料，可以查的磁芯的有效磁導(dǎo)面積，原邊的匝數(shù)應(yīng)該保證在最大占空比是磁路仍不飽

10、和，電壓沖量等于磁鏈的變化量，固，通常原邊的匝數(shù)取到這個計算之的兩倍。副邊匝數(shù)根據(jù)變比可以求出。</p><p>　?。?）氣隙長度的計算</p><p>　　假設(shè)變壓器的輸出功率為，效率為，有以下關(guān)系成立：</p><p>　　，所以可以得到，其中有以下關(guān)系；</p><p>　　，則原邊的峰值電流為：，帶入上式可以得到初級電感。</

11、p><p>　　其中，為電感系數(shù)，為磁阻。</p><p><b>　　氣隙的長度為</b></p><p><b>　　4、控制系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　（1）振蕩器：振蕩器的頻率有定時元件，決定，，f選90*2=180KHZ。</p><p>　?。?）電壓誤差

12、放大器：在本次實習(xí)中在輸入與輸出的隔離開關(guān)電源中，為了減小誤差，通常采用外置電壓環(huán)，即將U3845的內(nèi)部誤差放大器旁路掉。</p><p>　　（3）電流比較器:電流比較器的門檻值有誤差放大器的輸出給定，當(dāng)電壓誤差放大器顯示輸出電壓太低時，電流的門檻值就增大，使輸出到負(fù)載的能量增加，反之也一樣。</p><p>　　整個控制部分的原理圖如下所示；</p><p>&

13、lt;b>　　圖5控制部分原理圖</b></p><p><b>　?。?）UC3845</b></p><p>　　UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專為低壓應(yīng)用設(shè)計。其欠壓鎖定門限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達(dá)500千赫輸出開關(guān)頻率；在反激式應(yīng)用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時間從50%~70%可調(diào)；自動前饋補(bǔ)

14、償；鎖存脈寬調(diào)制，用于逐周期限流；內(nèi)部微調(diào)的參考源；帶欠壓鎖定；大電流圖騰柱輸出；輸入欠壓鎖定，帶滯后；啟動及工作電流低。</p><p>　　芯片管腳圖及管腳功能如圖6所示。</p><p>　　圖6 UC3845芯片管腳圖</p><p>　?。?）TL431是一個良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE

15、）、參考端（REF）。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點，所以可以用來制作多種穩(wěn)壓器件。</p><p>　　其具體功能可用圖7的功能模塊示意。由圖可看出，是一個內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運放的反相輸入端。由運放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管，電流將從1到100mA變化。</p><

16、p>　　圖7 TL431的功能模塊示意圖</p><p>　　在開關(guān)電源設(shè)計中，一般輸出經(jīng)過TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動一個光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個電流模式的PWM控制器的開關(guān)時間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p><b>　?。?）PC817</b><

17、;/p><p>　　PC817是一個比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。</p><p>　　在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時PC817光電耦合器不但可起到反饋作用還可以起到隔離作用。</p><p>　　圖8 PC817

18、內(nèi)部框圖</p><p><b>　　5、總體電路設(shè)計圖</b></p><p>　　圖9 單端反激雙路輸出總體設(shè)計原理圖</p><p>　　具體參數(shù)的計算與選擇</p><p>　　匝數(shù)比計算：先計算U=110V，輸出8V。經(jīng)過整流橋整流以后=1.2*110=132V，，由于變比的取值要小于計算值，于是變壓器的變比取

19、到K=8，下面計算最大占空比：=，在電路的設(shè)計中我們?nèi)〉筋l率f=90KHZ，于是S，于是有得到9.2579，實際取到的原邊的匝數(shù)為，由原邊匝數(shù)及其變壓器的變比得到8V副邊繞組的匝數(shù)為匝。</p><p>　　同理，6V副邊參數(shù)計算： </p><p>　　按照比例關(guān)系得到：K=10.28,所以該邊匝數(shù)為40/10.28=3.89; 實際取4匝</p><p>　　原

20、邊電感及其氣隙長度的計算：</p><p><b>　　由，，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　輔助繞組的計算</b></p><p>　　輔助繞組的計算和副邊繞組的計算方法一樣，只不過，按照比例關(guān)系得變比K=5.54，</p&

21、gt;<p><b>　　電流檢測參數(shù)計算</b></p><p>　　電流檢測電阻，所以取</p><p>　　電壓反饋控制參數(shù)計算</p><p>　　， </p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　，于是

22、根據(jù)已有的元件取到</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　所以實際取</b></p><p><b>　　選取</b></p><p>　　由于我的是兩路輸出，所以我進(jìn)行雙路反饋：</p><p><b>　　

23、反饋電阻計算：</b></p><p>　　如圖，按照圖中原理，按照每條支路50%電流計算如下：</p><p><b>　　主電路：</b></p><p>　　所以，選取用503電位器代替。</p><p><b>　　副電路：</b></p><p>　　所