開關(guān)電源試卷 設(shè)計(jì)題完全版_第1頁
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文檔簡介

1、2. 電路結(jié)構(gòu)的選擇  小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路,使電源結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,成本低。與單端反激式電路相比,單端正激式電路開關(guān)電流小,輸出紋波小,更容易適應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構(gòu)成的單端正激式開關(guān)電源的主電路如圖6-1所示。,,,圖6-1 單端正激式開關(guān)電源的主電路,單端正激式開關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路,以釋放勵磁電路的能量。在圖6-1中,開關(guān)管VT導(dǎo)通時V1導(dǎo)通,副邊線圈N2向負(fù)載

2、供電,V4截止,反饋電線圈N3的電流為零;VT關(guān)斷時V1截止,V4導(dǎo)通,N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電,同時原邊線圈N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場能量可通過N3泄放,而不像一般的RC D磁通復(fù)位電路消耗在電阻上,因此可達(dá)到減少發(fā)熱,提高效率的目的。,,3. 元件設(shè)計(jì)  1) 變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)  依據(jù)UC3842應(yīng)用方式,選定定時電阻RT=1.8 kΩ,定時電容CT=1

3、0 μF。確定開關(guān)頻率f=85 kHz,周期T=11.8 μs?! ≡O(shè)計(jì)單端控制開關(guān)電源時,一般占空比D最大不超過0.5,這里選擇D=0.5,則         TON=T×D=5.9 μs   (6-1),,根據(jù)電源規(guī)格、 輸出功率、 開關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯,磁芯截面積S=1.13 cm2,磁路有效長度l=6.4 cm,飽和磁通密度BS=0.4 T。取變壓器最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax=BS/3≈0.133

4、 T,則電感系數(shù)A為,,(6-2),,變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為,(6-3),,式中,Ui為最小直流輸入電壓。,交流輸入電壓的最小值約為90 V, Ui=90× ≈127 V,得出N1=49.9匝,取50匝。原邊線圈電感L=AN12=11.1 mH。  副邊線圈匝數(shù)為,(6-4),,式中,UDF為整流二極管V1上的壓降;UL為輸出電感L上的壓降。  取UDF+UL=0.7 V,代入式(6-4),得N2=10匝。

5、副邊線圈電感為         L2=N22AL=444 μH   (6-5),開關(guān)管斷開時,N1兩端將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,為了保證開關(guān)管正常工作,將感應(yīng)電動勢限制到e=300 V。反饋電線圈向UC3842提供U=12 V的工作電壓,按電容C1上的電壓UC=16 V計(jì)算,以保證有足夠的供電電壓給UC3842。由N3=(UC /e)N1可得N3=2.67匝,取3匝。  變壓器副邊電流為矩形波,其有效值為,,(6-6),,導(dǎo)線

6、電流密度取4 A/mm2,所需繞組導(dǎo)線截面積為1.77/4≈0.44 mm2。同樣可選擇原邊繞組導(dǎo)線,原邊電流有效值為,(6-7),,所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4=0.0885 mm2,選用截面積為0.096 21 mm2的導(dǎo)線(f0.41 mm)?! ∪≥敵鲭姼械碾娏髯兓喀L=0.2Io=0.5 A,則輸出電感為,,(6-8),,式中, U2為副邊線圈最小電壓?! ∮?jì)算得,(6-9),,取UDF=0.5 V,Uo=3 V

7、,代入式(6-8)可得L=140 μH。根據(jù)輸出電感上的電流IL=Io,所需繞組導(dǎo)線截面積應(yīng)為2.5/4=0.625 mm2,故選擇截面積為0.6362 mm2導(dǎo)線(f0.96 mm)。,,2) 開關(guān)管、 整流二極管和續(xù)流二極管的選擇  由于開關(guān)管斷開時原邊線圈N1兩端的感應(yīng)電動勢限制到eL≈300 V,交流輸入電壓經(jīng)全波整流、 電容濾波后,直流輸入電壓的最大值,,(6-10),,所以整流二極管所承受的最高反向電壓為,(6-11),

8、,續(xù)流二極管所承受的最高反向電壓為,(6-12),,流過整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為          ID=I2P=Io+0.5 A    (6-13)得ID=2.75 A。根據(jù)以上計(jì)算選擇肖特基半橋MBR25120CT,平均整流電流為25 A,反向峰值電壓為120 V。開關(guān)管選用MOSFET 2SK793,漏源擊穿電壓為900 V,最大漏極電流為3 A。,,設(shè)計(jì)題2 輸入電壓:AC 85~265 V,50 H

9、z;,圖6-8 120 W/24 V開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖,1) 器件的選擇  根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP系列的TOP248Y作為開關(guān)器件。由于TOP248Y工作在輸出功率的上限,電流設(shè)定在最大值,因此將TOP248Y的X端直接與源極相連。而過壓值設(shè)定在DC 450 V,若輸入電壓超過此值,則TOP248Y 將自行關(guān)斷,直到輸入電壓恢復(fù)正常值時,TOP248Y自行恢復(fù)啟動。頻率選擇端F也與源極直接相連,此時開關(guān)工作頻率設(shè)定在130 kHz。

10、,,2) 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求  脈沖變壓器的初級電感Lm中的電流與電壓的關(guān)系為,,(6-14),,式中, ULm為初級電感兩端的電壓;τ為開關(guān)脈沖寬度?! ∶}沖變壓器的初級電感值在300~3000 μH之間,輸出功率大的情況應(yīng)取下限,反之則取上限。變壓器初級電感值不能太小,否則會造成TOP248Y中的功率MOSFET的漏極電流太大,使開關(guān)損耗增加,同時易造成過流保護(hù)動作,使電源難以啟動。同樣,初級電感值也不能太大,否則不能滿足

11、輸出功率的要求。,3) 電源次級電路的設(shè)計(jì)  次級電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流管和濾波電容。整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行,其最大值的選擇為        IRLC≈2Io=2×5=10 A    (6-15),,(6-16),,(6-17),,式中, Uo為輸出電壓;Io為輸出電流;Uimax為最大直流輸入電壓;Dmin為開關(guān)的最小占空比;n為脈沖變壓器的變比。,將Uimax=375 V,Uo=24 V,Dmin代入

12、式(6-17),得到脈沖變壓器的變比為n≈4。此時脈沖變壓器的初級勵磁電流為,,(6-18),,此值遠(yuǎn)小于TOP248Y的漏極電流7.2 A?! ‰娫创渭壵鞴茉谳敵鲭妷狠^低的情況下,采用肖特基二極管以減小二極管的損耗。當(dāng)輸出電壓較高時,則需要采用快恢復(fù)二極管;當(dāng)開關(guān)頻率較高時,應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作整流管,以減小其反向電流對初級的影響。濾波電容C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求,L1及C9應(yīng)能有效地濾除開關(guān)過程所產(chǎn)生的高頻噪聲干擾。

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