基于IR2161的電子變壓器設計畢業(yè)設計說明書

1、四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書(論文)設計(論文)題目:基于ir2161的電子變壓器設計專 業(yè): 通信技術 班 級: 通技07-1 目錄摘要1緒論2第1章總體方案設計31.1方案提出31.2方案論證3第2章參數計算和元件選擇62.1輸入電源整流濾波電路62.2ir2161芯片電路62.3變壓電路10第3章制作與調試123.1印制電路圖123.2制作調試注意事項12總結13致謝14參考文獻15附錄1電路原理圖16附錄2pcb版圖17附錄3元器件明細表18摘要我們身邊的小型電子產品用的變壓器大部分都是電子變壓器，如：手機的充電器、照明光源、電視機、vcd機、dvd機、電磁爐里的電源以及電腦里的

2、電源等等。電子變壓器具有無噪音、自身耗能低、電壓適應范圍廣等許多優(yōu)點。電子變壓器的廣泛應用得益于科技的進步，電子元件成本的降低。在以前無論是直流變壓器還是交流變壓器，都要使用由軟磁磁芯制成的電子變壓器，所以以前的電子產品都非常笨重，而現(xiàn)在的家用電器都非常輕巧靈便。根據產品的更新速度，我借鑒前人的一些知識對電子變壓器進行了改進，以ir2161芯片為背景設計出一款功能齊全，成本較低的電子變壓器。關鍵詞變壓；節(jié)能；ir2161芯片緒論隨著電子技術的飛速發(fā)展，變壓器的運用越來越廣泛，電子變壓器的種類和功能越來越齊全。因此，討論電源技術與電子變壓器之間的關系：主要討論電源技術對電子變壓器的要求，像所有作

3、為商品的產品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求最高性價比。有時可能偏重價格和成本，有時可能偏重效率和性能?，F(xiàn)在，“輕、薄、短、小”成為電子變壓器的發(fā)展方向，這幾種發(fā)展方向都是強調降低成本。從總的要求出發(fā)，可以對電子變壓器得出四項具體要求，即：使用條件、完成功能、提高效率、降低成本。因此，設計研制一種電路新穎、安全節(jié)電、結構簡單、安裝方便電子變壓器顯得十分必要。為了達到以上要求，本設計采用了基于ir2161芯片電路的電子變壓器，該電子變壓器功能比較齊全。希望自己能對電子變壓器技術進步做一點小小的貢獻。第1章總體方案設計1.1方案提出設計電子變壓器之前，先考慮以下幾方面的因素：第一，家用

4、小型電器工作電壓不能直接使用220v市電，必須先經過處理才能使用。不同的電器設備的工作電壓不同，所以需變壓器作適當處理。第二，我們所設計的變壓器能夠滿足用戶需求，能夠使生產廠家與消費者達到雙贏的目的。第三，制作的電路越簡單越好，并要考慮用戶安裝與使用的方便。第四，應考慮電路安全可靠，并且節(jié)約能源。有鑒于此，自己在前人的基礎上，總結出如下兩種方案：1.電子變壓器；2.基于ir2161芯片的電子變壓器。1.2方案論證1.2.1方案一功能描述：本電路輸入端接220v的市電電壓。二極管構成橋式整流電路把市電變成直流電，由振蕩變壓器，三極管、組成的高頻振蕩電路，將脈動直流變成高頻電流，然后由輸出變壓器t

5、r2對高頻高壓脈沖降壓，獲得所需的電壓和功率。為限流電阻，電阻、電容和雙向觸發(fā)二極管構成啟動觸發(fā)電路。通過以上分析，總結出電子變壓器的系統(tǒng)框圖如圖1-1所示。整流濾波高頻振蕩變壓電路輸出電路圖1-1系統(tǒng)方框圖電子變壓器的電路原理圖如圖1-2所示。圖1-2電子變壓器電路原理圖1.2.2方案二功能描述：本電路輸入端接220v的市電電壓。二極管構成整流電路把市電變成直流電，采用集成芯片ir2161，該集成芯片用于代替上面的高頻振蕩電路。它將脈動直流變?yōu)楦哳l直流，然后由輸出變壓器對高頻脈沖降壓，從而獲得所需的電壓和功率。ir2161芯片自身附帶其它的功能，比如運用在鹵素燈的變壓器中，其優(yōu)點有：不需要預

6、熱和觸發(fā)啟動時間、無需大容量濾波電容、輸出是經隔離的高頻低壓、安全性好。通過以上分析，總結出基于ir2161芯片的電子變壓器的系統(tǒng)方框圖如圖1-3所示。整流濾波ir2161 電路變壓電路輸出電源圖1-3系統(tǒng)方框圖基于ir2161芯片的電子變壓器的原理圖如圖1-4所示。圖1-4基于ir2161的電子變壓器電路原理圖1.2.3方案結論方案一的優(yōu)點：本電路做成的電子變壓器容易調節(jié)，各種元器件也比較普通，能夠變壓。但是電子產品的成本比較高，運用在大型的家用電器中的電源變壓比較合適。缺點：此種電源電路生產出來的產品不能夠占有市場，消耗金屬材料，沒有滿足節(jié)約成本的要求。方案二的優(yōu)點：本電路做成的電子變壓器

7、。是基于智能半橋驅動器芯片ir2161的電子變壓器，無需飽和磁環(huán)變壓器，僅需用少量元器件，則可實現(xiàn)變壓功能。鑒于兩個方案的比較，為了節(jié)約成本、減小實物體積，本次畢業(yè)設計選用方案二，即基于ir2161芯片的電子變壓器。第2章參數計算和元件選擇2.1輸入電源整流濾波電路輸入電源220v的交流電壓。電流經過的電壓為市電220v，經過電感和電容clf充電，然后經過四個二極管組成的橋式整流以后得到直流電源。在輸入電源經過整流電路以后得到直流電壓，但是波動較大仍然不能直接作為電源使用，還需進行再一次濾波，將其中的交流成分濾掉。工作原理:當電容兩端電壓升至時二極管、在正向電壓作用下工作。此時經、向提供電流，

8、一方面向電容充電。當0.066a，故選擇1n4007型二極管。單元電路如圖2-1所示：圖2-1橋式整流電路2.2ir2161芯片電路2.2.1ir2161芯片工作原理在接通市電電壓后，橋式整流器通過的電流除流入ic腳上的啟動電流外，其余的大部分電流對電容充電。當ic腳上的電壓達到啟動閾值11.8v后，ic開始工作。一旦ic啟動，由、和組成的電荷泵電路為ic腳饋送電流。自舉二極管和電容為ic高側驅動器電路供電。齊納二極管的作用為分流ic過剩電流，以防止ic損壞。ir2161提供軟件啟動操作，可以避免浪涌電流產生。ir2161輸出125khz的高頻。由于系統(tǒng)中輸出高頻變壓器初級漏感是固定的，在較高

9、的頻率下呈現(xiàn)較高的阻抗，初級繞組上的電壓較低。致使變壓器輸出電壓較低，電流較小，同時也避免了保護電路被觸發(fā)。約經1s的時間，電路以較低頻率運行。在此過程中，ic腳3外部電容上的電壓從0v增加到5v。當空載時，=0v，振蕩器頻率約60khz在最大負載下，=5v，振蕩器頻率約30khz。當輸出短路時，電流流過半橋，被感測。只要ic腳cs上電壓超過1v的門限電平持續(xù)50ms以上的時間，系統(tǒng)將關閉。如果負載超過最大負載的50，ic腳4上的電壓將超過0.5v較低的門坎電壓，在經0.5s之后，系統(tǒng)將關閉。不論是短路保護還是過載保護，都能自動復位。ir2161還提供過熱關閉功能。當芯片結溫超過135的過溫度

10、限制值時，半橋開關將停止工作，以避免mosfet燒壞。單元電路如圖22所示：圖2-2ir2161芯片電路2.2.2的計算在半橋中間點上的電壓為dc總線電壓的1/2。dc總線的電壓與ac線路的電壓相同，負載上的電壓為ac線路的電壓的50，通過的電流為負載電流的一半。由于負載呈電阻性，電流波形為正弦包跡，半橋輸出占空比為50，在最大負載上上的峰值電壓=0.4v，通過的電流為(2-1)中的峰值電流為(2-2)兩端的峰值電壓為v(2-3)從式（2-3）、式（2-4）和式（2-5）得到(2-4)對于工作在()=220v交流線路電壓下的pload=100w的電子變壓器，電流感測電阻值為（2-5）2.2.2

11、芯片介紹ir2161是國際整流器公司（ir）專為電子變壓器而設計的智能控制集成電路。該器件能驅動低壓鹵素燈。ir2161把所需功能全部集于單一的8引腳dip或soic封裝內，從而可有效減少元件數量、簡化電路并增強可靠性。ir2161能適應不斷變化的電壓、頻率及燈管狀態(tài)，這一特點有助于設計時引入高度可靠的鹵素變壓器，同時可簡化設計和制造過程。該款緊湊的8引腳器件配備ir的強化高壓集成電路技術，同時揉合了600v半橋驅動器、先進的過載及短路保護電路以及高溫關閉和自適應控制技術，可成為除傳統(tǒng)的基于自諧振、雙極晶體管半橋電路方案以外的另一可靠選擇。此外,ir2161內含以雙向晶閘管為基礎的標準移相調光

12、器，因而能支持外部調光。相比其它采用分立元件的同類電路，ir2161能節(jié)省兩成組件。自適應死區(qū)時間控制也是ir2161的關鍵性能，可通過持續(xù)軟開關來增強變壓器的可靠性。ir2161以ir的高壓結間隔離hvji集成電路技術為基礎。這項專利技術把高壓電路從低壓電路中分隔出來，將高側及低側驅動功能融合于緊湊的單芯片內，從而控制多種開關轉換器的拓撲。由于鹵素照明需配合高、低壓電路才能運作，因此，基于ir hvji技術的器件特別適合該種應用。ir2161的引腳排列如圖2-8所示，各引腳功能如表1所列。ir2161的其它特點包括：250/400的輸出驅動容量、15.6v齊納二極管鉗位、低于300ua的微功

13、率起動和30khz125khz的內置振蕩器等。引腳排列如圖2-8所示，各引腳功能如表1。圖2-3ir2161芯片結構表1-1ir2161的引腳功能序號符號功能描述1 vcc 低側邏輯和驅動電路的電源電壓 2 com 集成電路的功率地端和信號地端 3 csd 關斷時間控制和補償電容 4 cs 電流感應輸入端 5 lo 低側柵驅動輸出 6 vs 高側浮動電源的返回端 7 ho 高側柵驅動輸出 8 vb 高側柵驅動浮空電源 圖1-4所示是來用ir2161構成的電子變壓器電路。當電路開始有效工作后，電路通過電阻rs上的電流減去被ir2161吸收的啟動電流來給電容cvcc充電。電阻大小的選取原則是保證它

14、能從直流總線電壓獲取足夠的電流以使ir2161正常工作。由于電路只能在半個周期中給cvcc充電，因此選取cvcc時，必須保證vcc在另一半周期中高于欠壓封鎖閾值，否則會影響整個電路的正常工作。如果僅僅通過rs給內部電路供電，那么rs的值不能過大，否則就不能提供芯片內部所需的電流，同時還要消耗1w2w的功耗。通過電荷泵電路可以解決這個問題，圖中由dcp1和dcp2組成了一個電荷泵電路，該電路和csnub進行連接可以給vcc提供內部電路所需的電荷，由于rs只在啟動時候起作用，因此，rs的值可適當地取大一點，而不會影響電路的功耗。ir2161的其它特點包括250/400ma的輸出驅動容量、156v齊

15、納二極管鉗位vcc、低于300ua的微功率起動和30khz125khz的內置振蕩器等。由于16v齊納二極管vz的功耗高達1.3w，因此，圖2電路中將其外接，以減小芯片的內部功耗。這樣，在有大電流出現(xiàn)時，vz可以對多余電流進行旁路，以減小對ir2161的危害。電路中雙向晶閘管上的一個強電壓變化會形成一個大電流，當它流過電阻rd和電容cd時可立即將電容cvcc充電到最大值。一旦vcc超過它的啟動閾值，ho和lo將開始振蕩，從而使ir2161開始正常工作。電路中rs、rd和cd的選擇應保證鎮(zhèn)流器正常工作時能夠提供足夠的電流。自舉二極管db和電容cb的作用是給高側功率管提供電源電壓。為了保證在第一個脈

16、沖到達ho之前，高側電源電壓已經超過欠壓閾值，輸出驅動的第一個脈沖應該送入lo端。在lo經過數次振蕩以后，如果vbvs超過欠壓閾值，高側驅動器將開始工作。在欠壓封鎖模式下，高低側驅動輸出ho和lo都為低電平。自適應死區(qū)時間控制是ir2161的關鍵性能，可通過持續(xù)軟開關來增強變壓器的可靠性。ir2161配備有一個動態(tài)死區(qū)時間電路，當半橋結構中的直流母線電壓降到0v轉換點時，該電路的監(jiān)測功能電路會調高低側驅動器(lo輸出)。當lo變低時，其內置取樣和保持具有大致相同的延遲，因而可在lo轉低后把高側驅動器(ho輸出)調高。自適應死區(qū)時間控制可按振蕩器周期作出反應，并可在需要時調節(jié)死區(qū)時間。設計者時無

17、需考慮功率管的寄生電容或者輸出變壓器的漏磁。為了滿足電子變壓器功率管寄生電容和輸出變壓器漏磁的需要，整個系統(tǒng)的最小死區(qū)時間設置為300ns。在該電路的初級變壓器上加一個緩沖電容可以提高轉換速率。但是如果緩沖電容過大，又會阻止vs電壓向反方向變化，從而使死區(qū)時間控制失效。ir2161的缺省死區(qū)時間為1.2us1.4us。緩沖電容的典型值為幾百pf。2.3變壓電路初級繞組最少匝數可根據公式計算 （2-6）式中：為最高峰值總線電壓，可取其為400v；最大導通時間，其值可選取18s；為最大磁通密度，單位為t，其值可從制造者提供的鐵氧體材料工作在100時的曲線獲得；為磁芯有效截面積，單位為。計算次級需要

18、的匝數。次級繞組匝數ns可按公式計算。 （2-7）式中：vo(rms)=12v，vac(rms)=220v。在設計中采用環(huán)形磁芯，初級繞組78匝，次級繞組8匝，初級與次級繞組之間利用壓塑分離器隔離。單元電路如圖2-4示。圖2-4變壓電路第3章制作與調試3.1印制電路圖為了驗證本次畢業(yè)設計的準確性和節(jié)能開關的實用性，在protel99se環(huán)境下，按照“繪制電路原理圖電氣規(guī)則檢查生成網絡表規(guī)劃電路板導入網絡表元件布局與調整布線”等步驟設計印制電路板底圖，然后，用專門儀器或手工制作相應印制板。最后，根據所設計的印制電路板組裝電路。注意，元件裝配過程中應遵循“先里后外，先小后大，先輕后重”的原則。3.

19、2制作調試注意事項1.首先檢查印刷電路是否設計正確，元器件位置是否安裝正確，二極管、電解電容等極性不要裝錯。2.焊接質量尤其重要，焊接時間較長易損壞元器件，焊點處理是否合理，有沒有焊接點短路、虛焊、多余管腳是否剪去。3.制作過程中注意用電安全，按照正常規(guī)程進行操作。4.在不明確情況下，可以不通交流電，檢查各個元件工作特性；安裝正確后，再通入市電220v檢測。(以上各項測試是正常工作時的電壓變化情況，如實際制作好后不能實現(xiàn)設計的功能，按照單元電路的分析方法，逐步查找原因?？偨Y在我的畢業(yè)設計中，主要對ir2161電子變壓器進行了簡單的設計與闡述。電子變壓器在以后的領域中有很好的發(fā)展，我們身邊的小型

20、電子產品里面用的大部分是電子變壓器 。如手機的充電器，照明光源，電視機vcd機dvd機以及電磁爐里的電源還有電腦里的電源等等， 電子變壓器具有無噪音，自身耗能低，電壓適應范圍廣等許多優(yōu)點。也使得電子變壓器在各種領域的運用廣泛。通過本次畢業(yè)設計，我對電子變壓器的原理功能和應用領域有了更深刻的認識，對已學過的專業(yè)知識進行了鞏固和提高，達到理論聯(lián)系實際的效果。電子領域正以驚人的速度發(fā)展，只有不斷地學習才能適應社會的發(fā)展需要。我也明白了：活到老學到老才是硬道理。致謝在這三個多月的畢業(yè)設計中，我真誠地感謝楊老師和同學們的幫助，在他們的幫助下我順利的完成了此次畢業(yè)設計。首先我要衷心地感謝我的輔導老師楊波，在本次設計過程中他始終給予了我無私的熱情和幫助。開始他細心指導我的選題工作，在做開題報告的過程中，又反復而耐心地給我指出問題的所在，并幫助我糾正了許多不妥之處。在做系統(tǒng)設計這一過程中，也給我提出了許多意見和建議，并交給我許多解決問題的技巧和方法。在寫畢業(yè)設計論文的過程中，我也遇到了許多的困難，之所以能堅持完成，這都離不開我的指導老師和同學們的幫助。通過短暫的畢業(yè)設計，從而提高了我的理論水平，真正做到學有所用，雖然在其過程中我遇到了很多