多路輸出反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、 學(xué)校代碼： 10128學(xué) 號(hào)： 201121209021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（題 目：多路輸出反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓 電源的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：XXX學(xué) 院：電力學(xué)院系 別：電力系專 業(yè)：xxxxxxx班 級(jí)：xxx指導(dǎo)教師：XXX 副教授二 一 五 年 六 月摘 要開(kāi)關(guān)電源是重要的動(dòng)力之源。盡管開(kāi)關(guān)電源的電路可以千變?nèi)f 化，但器基本構(gòu)成卻大致相同。開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)有體積小、質(zhì)量輕、效率高、穩(wěn)壓范圍寬等等。憑借這些優(yōu)點(diǎn)，很快代替了傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源，并且在各種電子和電氣產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，而眾多開(kāi)關(guān)電源中的反激式開(kāi)關(guān)電源因?yàn)槠渌柙?、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用與多路輸出、功率較小的電路當(dāng)中。本

2、文設(shè)計(jì)主要基于TOPSwitch系列，通過(guò)EMI濾波、整流橋整流對(duì)220V交流進(jìn)行整流，光耦合反饋、TL431穩(wěn)壓配合TOPSwitch控制，變壓器的降壓，TOPSwith的PWM脈寬調(diào)制控制功能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出，實(shí)現(xiàn)兩路輸出一路為15V，1A；另一路為5V，3A。其中，TOPSwitch為核心，通過(guò)控制脈沖電壓占空比控制反擊式變換器的開(kāi)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備對(duì)電源的要求，也抑制了對(duì)電網(wǎng)的干擾。整個(gè)設(shè)計(jì)電路采用最新的，也較簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、開(kāi)關(guān)平率高、性能可靠、輸入電壓范圍寬、輸出效率高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：反激式變換器；開(kāi)關(guān)電源；PWM控制Abstract Switch regulate

3、d power supply is the most important energy source.Although the kinds of switch power supply have a lot,but they have the same basic after all.The advantages of switch power supply are smaller size,light weight,high efficiency and a wide range of voltage and so on. With so many advantages, the type

4、switch take the place of the traditional switch rapidly, so it is abroad used into many electron and electric production.The most of the flyback switch power supply is widely used in circuit which is multiplexed output and less power,because of its simple structure and less demand for peripherals. T

5、his design is based on TOPSwich series, which relies on EMI filtration.The rectifier bridge rectifier on 220V AC.Optical coupling feedback. TL431 voltage regulator cooperation with TOPSwitch control.Reduction voltage of transfomer. The ability of PWM pulse width modulation control of TOPSwitch. It c

6、an make two output come ture.One is 15V;1A another is 5V;3A.The TOPSwitch is the center. It works by control off or on of the voltage duty ratio and the flyback converter. It make requirements of electronic equipment for source come true and inhibits grid interference,too. The whole circuit use newe

7、st and simplest design,which has characteristic is compact structure,high frequency,property reliable etc.Key words: Fiyback convert;Switch power ; PWM control目錄第一章 緒論11.1開(kāi)關(guān)電源背景及意義11.2課題研究方案21.3論文主要做的工作2第二章 多路輸出反激式開(kāi)關(guān)電源介紹42.1 TOPSwitch200系列介紹42.2電源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖42.3反激式變換器的原理5第三章 多路輸出反激式開(kāi)關(guān)各級(jí)電路分析及設(shè)備選擇73.1保護(hù)電

8、路的選擇73.2電源濾波器的計(jì)算與選擇73.3整流橋的選擇與計(jì)算83.4輸入濾波電容的計(jì)算93.5鉗位電路的選擇93.6高頻變壓器的計(jì)算與選擇103.7反饋電路的原理及結(jié)構(gòu)143.8磁珠16第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析17第五章 總結(jié)和展望19參考文獻(xiàn)20附 錄21謝 辭22第一章 緒論1.1開(kāi)關(guān)電源背景及意義今天是信息時(shí)代，電子技術(shù)迅速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源也逐漸走上了時(shí)代的舞臺(tái)，采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)能夠減小電源體積，提高功率密度和電源效率，節(jié)省大量的銅、鐵等有色金屬，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)中功率和小功率電源的方法就是使用反激是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源的效率很高，可達(dá)到傳統(tǒng)電源的一倍左右，因此它的自身耗能也比較低，這依靠它的高

9、頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)功能?，F(xiàn)在常用的集成電路有單端輸出和雙端輸出，通過(guò)PWM脈寬控制，也有脈沖控制頻率的開(kāi)關(guān)電源。他們組成了的開(kāi)關(guān)電源可以實(shí)現(xiàn)無(wú)工變頻。因?yàn)樗麄儧](méi)有大體積的工頻變壓器，所以它達(dá)到電網(wǎng)的隔離和電壓的轉(zhuǎn)換是使用小體積的高頻變壓器。現(xiàn)在的比較先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源工頻可達(dá)到幾百kHz,他們的功率也可達(dá)到幾千瓦。它的不足就是輸出不穩(wěn)定，易受干擾，也會(huì)輸出噪聲。根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的這個(gè)特新，我們可以將開(kāi)關(guān)電源做成前級(jí)穩(wěn)壓電源，而將傳統(tǒng)的電源作為后級(jí)電源，兩者配合使用?，F(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源雖然比傳統(tǒng)電源有很多優(yōu)點(diǎn)，但它設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，除了在體積、能耗、開(kāi)關(guān)頻率，在其他方面甚至不如傳統(tǒng)的電源，如噪聲略大。開(kāi)關(guān)電源不

10、適合小功率的場(chǎng)合使用，其他功率場(chǎng)合，可以提高效率和減小成本。如今的開(kāi)關(guān)電源效率大都比較高，在百分之七十到就是之間。與傳統(tǒng)電源配合使用，效率仍然很高。但是傳統(tǒng)的電源效率在30%-45%之間。以往的電源是如今開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量的幾倍，體積也是他們的幾倍。開(kāi)關(guān)電容一般使用容量較大的濾波電容輸入而傳統(tǒng)線性的電源使用容量較小的電容，這使得斷電后的延續(xù)時(shí)間會(huì)比傳統(tǒng)的電源時(shí)間稍長(zhǎng)久一些，由于電容的電荷量和輸入的直流電壓的平方成正比。開(kāi)關(guān)電源的缺陷也有很多，比如說(shuō)對(duì)噪聲的抑制比較差，對(duì)外界的電磁干擾之類的也比較差，輸出的紋波比較大，對(duì)瞬間的響應(yīng)變化比較慢，這些都是開(kāi)關(guān)電源的弱點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展也只有短短的幾十年。首

11、先是上世紀(jì)50年代，美國(guó)將其先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源用于軍事當(dāng)中，以減小其體積和重量對(duì)軍事的影響。隨后出現(xiàn)的自激推挽雙變壓器有推動(dòng)了電源的發(fā)展，繼而出現(xiàn)了無(wú)頻變壓器開(kāi)關(guān)電源，和現(xiàn)在比較熱的PWM控制集成電路，近些年研發(fā)了單片開(kāi)關(guān)電源使電源開(kāi)創(chuàng)了新紀(jì)元，使開(kāi)關(guān)頻率越來(lái)越高。我們國(guó)家使用開(kāi)關(guān)電源行業(yè)也是在上世紀(jì)后期得到發(fā)展。伴隨著世界工業(yè)的全球分工日漸顯露，我國(guó)在使用和生產(chǎn)方面有著舉足輕重的地位?，F(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也比較激烈。現(xiàn)在研究開(kāi)關(guān)技術(shù)的人們大多都在研發(fā)開(kāi)關(guān)器件和變頻技術(shù)，使向著更智能化、更便捷化發(fā)展。1.2課題研究方案本篇論文依照課題要求完成反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。主要的功能是將220VAC電壓整

12、流并且濾波、直流變直流反激變壓器、光耦合反饋電路這幾部分組成。220V，50Hz交流輸入，15V，1A；5V，3A倆路輸出。主電路是基于TOPSwitch為控制中心，濾波整流輸入。電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。我們將電路分為三部分：上電、主功率和控制。其中我們主要將主功率部分的變壓器設(shè)計(jì)作為主要計(jì)算及設(shè)計(jì)的對(duì)象。它是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。圖1-1 電路結(jié)構(gòu)框圖1.3論文主要做的工作（1） 首先設(shè)計(jì)一個(gè)EMI整流濾波器，根據(jù)截止平率進(jìn)行計(jì)算分析，再設(shè)計(jì)全波橋式整流電路，DC/DC變換器前段還加上一個(gè)濾波電容，可以降低諧波電流，從而降低了諧波的污染。（2） 設(shè)計(jì)外圍的控制電路、保護(hù)電路和啟動(dòng)電路。（3）

13、 通過(guò)CAD制圖軟件來(lái)繪制電路圖。（4） 對(duì)個(gè)單元電路的具體元器件參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算、分析和取值。（5） 分析各電路的波形并與實(shí)際波形對(duì)比分析。第2章 多路輸出反激式開(kāi)關(guān)電源介紹2.1 TOPSwitch200系列介紹TOPswitch一系列產(chǎn)品現(xiàn)在大多夠用于設(shè)計(jì)服務(wù)于離線是開(kāi)關(guān)電源，這類電源都被高度集成，它的有點(diǎn)在于可以設(shè)計(jì)出大功率的電源，在相同的負(fù)載條件下具有高的顯著的效率，它不僅可以在滿載、過(guò)載時(shí)表現(xiàn)卓越的性能，對(duì)于負(fù)載的其他情況，TOPSwitch性能同樣很優(yōu)良，TOPSwitch是現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的代表，有很多項(xiàng)專利，優(yōu)點(diǎn)也很多，結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)、高效等。TOP系列的制作工藝基本都是將集成的M

14、OSFET和控制器放在硅片上。因?yàn)門(mén)OP不需要額外的外部啟動(dòng)電路，這得依靠它的內(nèi)部漏極可以連接一個(gè)高壓電流源，這可以為它提供偏置電流。TOPSwitch會(huì)在內(nèi)部有一個(gè)振蕩器，它的作用是可以抑制噪聲。當(dāng)然，TOP的內(nèi)部也有保護(hù)集成電路。它可以在空載、過(guò)載及短路情況下來(lái)控制MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器和輸出的控制、功率?？梢栽谶^(guò)溫的時(shí)候?qū)﹄娐菲鸬奖Ｗo(hù)作用。 TOP系列都為PWM控制集成的100kHz的振蕩器，它有3只引腳。這里他的三個(gè)引腳分別是Drain、Control、Source。Drain的功能是與MOSFET鏈接，在工作時(shí)，將電流切換到電流源，提供內(nèi)部檢測(cè)電、內(nèi)部偏置。Control的功能是

15、控制占空比，連接誤差放大器，也可以連接反饋，這些都依賴于偏置電流。觸發(fā)輸入鎖存關(guān)機(jī)。這只引腳也可以實(shí)現(xiàn)重啟，補(bǔ)償電容和電源旁路功能。Souurce的作用是控制初級(jí)側(cè)和參考點(diǎn)，并且連接莫斯管的source極。2.2電源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖電源輸入的電路圖如圖2-1所示，首先為熔絲管的保護(hù)，它在整個(gè)電路中起到保護(hù)電路的作用。后面是EMI濾波，最近這些年被廣泛使用。它的電路器件結(jié)構(gòu)為主要為電感和電容，后面會(huì)具體介紹，把不同的設(shè)備要求需要不同的電感電容相互配合，具有過(guò)濾電網(wǎng)干擾和噪聲，同樣也可以阻止向電網(wǎng)輸送干擾的功能，它是現(xiàn)代電子電氣設(shè)備或產(chǎn)品不可缺少的一部分，有著重要的意義。在EMI的后面我們通常加上

16、一個(gè)硅整流橋，它的全稱為全波橋式整流橋。它的由四只二極管組成，隨著科技的創(chuàng)新，整流橋做的是越來(lái)越小，越來(lái)越可靠、實(shí)用，也是不可缺少的一部分在電子設(shè)備當(dāng)中，圖形如下。它的功能是將我們平常使用的220V交流化為直流，使電流更平滑更穩(wěn)定。我們?yōu)榱耸馆斎氲碾娏鞲€(wěn)定，常常在它后面并聯(lián)一個(gè)電容，起到濾波的效果，這我們后面將會(huì)介紹。 圖2-1 輸入電路圖2.3反激式變換器的原理反激式變換器的基本原理是在功率開(kāi)關(guān)管截止的同時(shí)向負(fù)載邊輸出能量，這樣的變換器叫做反激式變換器，它是從降壓/升壓式一步一步改進(jìn)而來(lái)的。反激式變換器的原理如圖2-2示。它與一般變壓器類似，有原邊和副邊，原邊這里用表示，它是原邊線圈，它的

17、電壓為，次級(jí)線圈為，當(dāng)輸入電壓為，原邊的電流為，此時(shí)漏極的MOSFET開(kāi)關(guān)功率管V為開(kāi)啟，通過(guò)脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)對(duì)V的控制。一次側(cè)為上正下負(fù)，此時(shí)的二次側(cè)為上負(fù)下正，二極管為關(guān)斷狀態(tài)，二次側(cè)不能導(dǎo)通，此時(shí)沒(méi)有輸出當(dāng)V關(guān)斷時(shí)，之前在一次側(cè)已經(jīng)存在輸入的能量，我們根據(jù)電磁感應(yīng)原理，可以在二次側(cè)感應(yīng)出電能，那么這時(shí)能量將從一次側(cè)傳導(dǎo)至二次側(cè)，二次側(cè)電壓為，上正下負(fù)，二極管導(dǎo)通電流為，在這里是濾波功能的電容，開(kāi)通后，通過(guò)電容輸出。因?yàn)榇俗儔浩鳛楦哳l變壓器，所以輸出電壓基本都會(huì)維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之間，這就能夠保證輸出的電壓可以保持在一個(gè)值左右，這幾就是反激式變換的基本原理。圖2-2 反激式變換原理圖圖2-3

18、 變壓器原邊與副邊電流波形 圖2-3(a)為初級(jí)線圈電流的波形、在MOSFET關(guān)斷瞬間達(dá)到最大值。 （2-1） 圖2-3（b）二次側(cè)電壓恒定，電流為零。第3章 多路輸出反激式開(kāi)關(guān)各級(jí)電路分析及設(shè)備選擇3.1保護(hù)電路的選擇熔絲管我們也叫做保險(xiǎn)絲，電路符號(hào)為。這里它的作用和我們生活中的保險(xiǎn)絲是相同的，起保護(hù)作用，它的主要成分為鉛合金，根據(jù)不同的要求選擇有不同的要求，共同的特點(diǎn)都是反應(yīng)速度快，電阻率高，在電路正常運(yùn)行的時(shí)候他只是起到傳輸電能的作用，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，如短路，過(guò)載等電路故障，使得電路當(dāng)中瞬間出現(xiàn)大電流可能損壞電路時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，將電路分離，繼而保護(hù)電路。 熔絲管是熔體、電極、管卡和支架

19、共同構(gòu)成。他們都有各自的功能，熔體就是在熔絲管需要工作的時(shí)候?qū)⑵淙蹟?，起到斷融的作用。電極則是連接電路將熔絲管連在電路當(dāng)中，使其能正常工作，它的電阻通常都很小以便減小自身的損耗。管卡和支架是支撐熔絲管的結(jié)構(gòu)，它的作用是熔絲管在融化時(shí)整體保持正常狀態(tài)，外部結(jié)構(gòu)不發(fā)生斷裂、爆炸等現(xiàn)象。如果在電力情況下使用這類產(chǎn)品，它應(yīng)當(dāng)搭配滅弧裝置一起使用。如果要求苛刻，還應(yīng)當(dāng)配備報(bào)警裝置和指示器。 考慮到電路的輸出與輸出不是理想條件，不會(huì)一直穩(wěn)定，沒(méi)有擾動(dòng)，因此，這里我們選用慢速熔絲管，它具有短暫的延時(shí)功能，也叫做延時(shí)熔絲管，它可以應(yīng)對(duì)瞬間的電流變化，可以避免非電路故障的過(guò)電流，弱是電路故障，則可以起到保護(hù)功能

20、，根據(jù)合適的容量去選擇熔絲管，如果大功率選擇了小熔絲管，則會(huì)導(dǎo)致電路不能正常工作，如果小功率選擇了大容量的熔絲管，則電路過(guò)載時(shí)不能起到作用。慢速熔絲管的里一個(gè)作用就是可以吸收能量，可以吸收電路當(dāng)中的浪涌電流，對(duì)電路實(shí)施保護(hù)作用。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文選擇額定電流為0.5的慢速器件。3.2電源濾波器的計(jì)算與選擇EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有很多，例如插入損耗之類。這里指出的插入損耗就是后面要用到的截止頻率。插入損耗指的是在傳輸能量的過(guò)程中，發(fā)生在負(fù)載功率上的損耗，通常是由于元件或器件，并且用dB表示， dB值越大代表擾動(dòng)越強(qiáng)。取一個(gè)合適的頻率，去計(jì)算插入損耗，它的公式為 20（） （3-1）根據(jù)論文

21、和相關(guān)書(shū)籍了解到插入損耗（）是頻率的函數(shù)，通常的計(jì)算結(jié)果誤差大而且沒(méi)有實(shí)際的意義，因此我們大多都采用生產(chǎn)商家給定的測(cè)量結(jié)果來(lái)直接使用，根據(jù)噪聲的頻譜測(cè)出實(shí)際中對(duì)應(yīng)的插入損耗繪成曲線，我們直接使用。本設(shè)計(jì)要求開(kāi)關(guān)頻為100千赫茲,它的截止頻率為10千赫茲。根據(jù)表3-1，表3-1 電感量范圍與額定電流關(guān)系額定電流I(A)136101215電感量范圍L(mH)823240.40.80.20.30.10.150.00.08 根據(jù)設(shè)計(jì)要求查表電感值取22mH，截止頻率為10kHz。由公 （3-2）得出C=F。3.3整流橋的選擇與計(jì)算理論計(jì)算中理想的硅整流橋的導(dǎo)通角為，50Hz交流點(diǎn)的半周期為10ms,整

22、流橋?qū)〞r(shí)間為ms,導(dǎo)通角在，取。反向擊穿電壓與他的最大輸入電壓應(yīng)滿足 （3-3）輸入電壓在200V240V，算出=406.525V，因此，取耐壓為1A/600V的整流橋，根據(jù) = （3-4）輸出功率為30W,效率為80%，cos在0.50.7，取0.6，=0.65=0.15A。3.4輸入濾波電容的計(jì)算 前面提到的在軌整流橋后通常會(huì)并聯(lián)一個(gè)電容，起到濾波的作用，這里的濾波電容又是一個(gè)重要的指標(biāo)對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)。對(duì)于濾波電容來(lái)說(shuō)很重要，它的取大取小直接影響著、，取大取小不論對(duì)于電路還是對(duì)于輸出都是不利的，下面我們進(jìn)行對(duì)電容大小的計(jì)算。設(shè)交流電壓u的最小值為。通過(guò)輸入電路一系列整流、濾波得到電壓波

23、形為3-1示。圖3-1 交流電壓為最小值時(shí)的輸出電壓波形 上圖3-1圖是在,=50Hz、=3ms、=80%下的波形圖。這是連個(gè)電壓的疊加，上圖是充放電過(guò)程的波形圖。欲獲得的準(zhǔn)確值，根據(jù)式 （3-5）得出=7.917F。其中=117V。3.5鉗位電路的選擇鉗位保護(hù)電路在反激式變換器當(dāng)中必不可少，因?yàn)楫?dāng)反激式電路工作時(shí)，在變壓器開(kāi)通與關(guān)斷交替時(shí)，通常在變壓器的原邊會(huì)產(chǎn)生較大的尖峰電流，所以我們必須加鉗位電路進(jìn)行保護(hù)電路吸收電流，使得電路運(yùn)行正常、穩(wěn)定。 在選擇鉗位電路的時(shí)候，大多情況下選擇圖3-2，TVS為電壓抑制器，VD是一只超快恢復(fù)的二極管，初級(jí)繞組為、次級(jí)繞組為，它們都是電磁感應(yīng)線圈。 圖3

24、-2 鉗位電路圖3.6高頻變壓器的計(jì)算與選擇高頻變壓器的原理和普通的變壓器是一樣的，它們都能起到電氣隔離的作用，當(dāng)然變壓器的主要功能還是以傳輸能量為主，也可以實(shí)現(xiàn)電壓變換。我們?cè)谶x擇高頻變壓器磁芯的時(shí)候只考慮EI和EE結(jié)構(gòu)。在這里我我們選擇EI結(jié)構(gòu)的較為方便、簡(jiǎn)單。而對(duì)于EI型磁芯的選擇有倆種方法，一種為查表找出，另一種為計(jì)算得出。我們選擇通過(guò)計(jì)算的方法來(lái)的出EI的具體型號(hào)和尺寸。我們用磁芯有效截面積乘以窗口面積表示。計(jì)算公式為 AP= （3-6）式中 -面積之積，； -在磁芯窗口的導(dǎo)線面積，定義是 （3-7） -磁芯的剖面積，D為磁芯的厚度。根據(jù)計(jì)算的AP值可找出所需的磁芯型號(hào)。法的公式為

25、AP= （3-8）上式是法選磁芯的主要公式。一般可以根據(jù)單極性變壓器繞組電流或公路得到推到，可以計(jì)算正激和反激式的變壓器。式中，AP的單位為，單位為。式中取80%，取0.35，D取0.5，取0.25T，取0.7，J取4A/。最后技術(shù)算得出AP=0.238。計(jì)算一次側(cè)電感量。根據(jù)電感存儲(chǔ)能量公式 （3-9）由此式得出功率和電流的平方成正比。若設(shè)開(kāi)關(guān)頻率為、輸出功率為、電源效率為、一次側(cè)電感量為，則輸入功率應(yīng)為 （3-10）整理后得到 （3-11）其中脈動(dòng)電流。脈動(dòng)系數(shù)的值通常在0.41之間。如果同等的輸出功率，提高值，則不需要太大的，這種方法可以減小體積，但是會(huì)增加變壓器的損耗。這里我們?nèi)ル娫葱?/p>

26、率為80%，取0.5，則 （3-12）我們也可以用里一個(gè)公式計(jì)算電感： （3-13）為直流輸入電壓的最小值；是1導(dǎo)通壓降；為最大占空比。一般可忽略不計(jì)。在前面計(jì)算出=117V，=0.6，=1.58A，=100kHz，帶入公式（3-13）得到=370（） 具體在計(jì)算AP時(shí)，根據(jù)公式3-8，選取，,D=0.5，我們常常取反激式開(kāi)關(guān)電源取在0.20.3之間，現(xiàn)取=0.25T，=0.7，帶入計(jì)算得到 =0.238() （3-14）算出的結(jié)果可以根據(jù)查表來(lái)找出需要的磁芯結(jié)構(gòu)為EI25，但我們考慮到磁芯損耗等因素，至少選用EI28型磁芯，AP=0.58，。對(duì)繞組匝數(shù)的計(jì)算。在計(jì)算出磁芯后，。我們知道根據(jù)一

27、次側(cè)的繞組匝數(shù)可以通過(guò)變壓器變比來(lái)計(jì)算出二次側(cè)匝數(shù)，那么我們主要就是計(jì)算一次側(cè)的匝數(shù)。對(duì)于單端反激式和正激式變換器，通常在輸入最小電壓（）時(shí)具有最大占空比（）?？紤]到一次側(cè)電壓波形可以近似為矩形波， ， ，所以 （3-15）在為確定之前，可先按照0.5來(lái)計(jì)算。我們?cè)谶@里計(jì)算的值是滿足電磁感應(yīng)定律的最小值，實(shí)際選用的時(shí)候可以稍微大些。，將值帶入可得初級(jí)線圈的的MAX為1.082A。在這里計(jì)算的時(shí)候根據(jù)公式.。=117V，=0.5，=0.25，=0.7，=100kHz。帶入計(jì)算得出=47.27匝47匝。G根據(jù)式子得出，電流密度取，參照查表選用6股漆包線并繞成。在選擇二次繞組匝數(shù)的時(shí)候，需要考慮感應(yīng)

28、電壓(也稱為二次側(cè)的反射電壓)和功率開(kāi)關(guān)管（MOSFET）能承受的最大漏極電壓。輸入的直流電壓和感應(yīng)電壓以及高頻變壓器所產(chǎn)生的尖峰電壓加起來(lái)就是最大漏極電壓。這里與一次繞組匝數(shù)（）。次級(jí)和輸出之間的關(guān)系如下 （3-16）反激式開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中，是固定不變的，通常時(shí)候我們?nèi)?85165V之間，典型的取值是135V。這里的相對(duì)比較高，那么我們將其忽略不計(jì)。我們由上面得到的參數(shù)來(lái)計(jì)算 （3-17）因?yàn)?135V，通常忽略不計(jì)那么我們計(jì)算。因?yàn)槭请p路輸出電源，那么分別算出15V,1A的為5.2匝6匝，另一路5V，3A的算出為1.74匝2匝。后面我們將計(jì)算二次側(cè)電流的有效值，、來(lái)表示。下面是導(dǎo)線直徑的計(jì)算。

29、導(dǎo)線直徑的選取與六國(guó)導(dǎo)線的電流有效值和允許電流密度有關(guān)。在漆包線的選擇時(shí)，其截面積和的關(guān)系為 （3-18）導(dǎo)線截面積S和電流密度J與電力有效值的關(guān)系為 =SJ （3-19）由此可得導(dǎo)線直徑的計(jì)算公式 （3-20）高頻變壓器繞組的與最大占空比和脈動(dòng)系數(shù)有關(guān)（在反激式開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中）。初級(jí)側(cè)的計(jì)算公式為 （3-21）式中：為一次側(cè)峰值電流。次級(jí)側(cè)峰值電流與、和的關(guān)系為 （3-22）計(jì)算次級(jí)側(cè)電流（）的公式為 （3-23）把前面算到的數(shù)值帶入上式得到、。二次側(cè)電流的有效值為、。得出次級(jí)側(cè)線圈的直徑為、。應(yīng)為在這里使用直徑這么大的導(dǎo)線對(duì)安裝、制作變壓器比較不變，我們根據(jù)查表，選擇0.45mm的漆包線8股

30、并繞。氣隙的作用是防止高頻變壓器磁飽和，可以提高效率，那我們開(kāi)始計(jì)算氣隙密度。當(dāng)氣隙寬度較小的時(shí)候，變壓器繞組的電感量與繞組匝數(shù)、磁芯截面積及氣隙寬度之間有關(guān)系式 （3-24）式中：為真空中的磁導(dǎo)率，數(shù)值為。通過(guò)變壓器源極線圈的N，L，則變壓器磁芯氣隙的計(jì)算公式為 （3-25）式中：的單位是；的單位為；的單位為。計(jì)算結(jié)果為。檢驗(yàn)最大磁通密度。這里令,將、和值代入下式 =0.2134T （3-26）計(jì)算結(jié)果值在0.20.3T之間，設(shè)計(jì)合格。3.7反饋電路的原理及結(jié)構(gòu) 光耦合器（Optical Coupler）我們通常叫做光電耦合器，簡(jiǎn)單的說(shuō)叫做光耦。它的基本原理是將采集到的光作為信號(hào)，通過(guò)發(fā)光二

31、極管和采集器構(gòu)成的系統(tǒng)，根據(jù)前端輸入的電壓，傳輸?shù)桨l(fā)光二極管這里，使發(fā)光二極管發(fā)光，被采集器接收，采集器將光信號(hào)通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給TOP芯片，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化及反饋。光耦合器有三類，分別是高速、通用和達(dá)林頓。其中高速型的功能較為突出，具有快速、輸出線性好等特點(diǎn)。達(dá)林頓型的速度較低，但電流傳輸比較高。通用型的特點(diǎn)為電流傳輸比較低，速度較慢。由光集成電路構(gòu)成的光耦合器屬于高速光耦，電流傳輸比較光纖型光耦合器能夠耐高壓，其絕緣1電壓值超過(guò)100KV。我們這里選擇光耦合因?yàn)樗哂袀鬏斝矢撸瑝勖L(zhǎng)，距離遠(yuǎn)，抗干擾.最突出的優(yōu)點(diǎn)就是它單向傳輸信號(hào)，真正的實(shí)現(xiàn)了電氣隔離。電流傳輸比對(duì)于光耦合器是十

32、分重要的，它的公式就為直流輸入除以直流輸出并且乘以百分之百，這是一個(gè)普通的計(jì)算公式。有公式 CTR=×100% （3-27）光耦合器的選擇一般用的是Linear光耦合器，它的優(yōu)點(diǎn)就在于可在一點(diǎn)范圍內(nèi)Linear調(diào)整CTR的值。因?yàn)榉答侂妷荷员?2V大就好，那么反饋繞組的電流必然不大，那么我們考慮之后查表選擇0.25mm的四匝漆包線。介紹了光耦合器，下面我們?cè)俳榻B一下穩(wěn)壓器，這里我們選擇可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器它是一類可調(diào)基準(zhǔn)電壓源通過(guò)輸出電流，它性能良好廣泛用于電源當(dāng)中，很多時(shí)候也用在反饋電路當(dāng)中配合光耦合器使用。這里我們選擇TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，它是某公司和美國(guó)

33、一家公司生產(chǎn)的穩(wěn)壓器輸出可調(diào)的范圍在2.6-35V之間并且連續(xù)。下圖3-3為T(mén)L431的實(shí)物圖與原理圖，其中A為陽(yáng)極，此極接地。K端口為陰極，它會(huì)在連接正電源之間加上一個(gè)電阻限流，外面接上電阻分壓，也可以設(shè)置輸出電壓。NC為空腳。TL431的原理圖可以查看圖C，它由四部分組成，誤差放大器A，內(nèi)部電源的基準(zhǔn)電壓，NPN型的晶體管VT和外圍電路的保護(hù)二極管VD。這四部分組成了TL431，做保護(hù)用途。圖3-3 TL431類型圖下面圖3-4是接線圖，右為具體的原理及如何搭配電阻、，輸出電壓由這幾個(gè)電阻配合實(shí)現(xiàn)。有公式 （3-28）圖3-4 TL431原理圖圖中的起到限流的作用，取的原則是當(dāng)輸入電壓為時(shí)

34、，當(dāng)在合適的范圍，才能使得穩(wěn)壓器正常工作。TL431的原理如下：如果增大時(shí)，取樣也隨之增大，使得>，這時(shí)我們來(lái)觀察比較器，它會(huì)輸出一個(gè)高電平，使得VT通路，減小。若減小，則情況相反，最終增大，保持在一個(gè)值左右，趨于穩(wěn)定。 3.8磁珠 磁珠的主要類型有3種：管狀、片狀和排狀?，F(xiàn)在使用的管狀磁珠主要類型有2.5、等多種規(guī)格。磁珠的原理可以用電感L和電阻R來(lái)代替，實(shí)物是外形管狀，中間穿過(guò)導(dǎo)線。R為損耗電阻，為感抗。其中，=，Z=。我們?cè)谶@里查表選擇HT-A62型號(hào)的磁珠。 開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率在幾百赫茲至幾兆赫茲，這么高的開(kāi)關(guān)頻率電流的變化與噪聲、干擾是很大的，這對(duì)于整個(gè)電路和輸出波形是很不理想

35、的，所以我們要串聯(lián)磁珠來(lái)消除這些影響。起到保護(hù)電路的作用。磁珠的實(shí)物如圖3-5示。圖3-5 磁珠第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析我們?cè)谥笇?dǎo)老師的帶領(lǐng)下來(lái)到了格物樓的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行對(duì)反激式開(kāi)關(guān)電源的波形測(cè)試。示波器我們使用的是安泰信ADS1112AL彩屏示波器。圖4-1為電網(wǎng)的輸入波形圖。幅值為220V，頻率為50Hz。這里我們可以根據(jù)圖示得出電網(wǎng)波形不是規(guī)范的正弦波，所以電網(wǎng)的電能質(zhì)量不是很好。圖4-1 輸入電網(wǎng)的波形 圖4-2為電網(wǎng)波形通過(guò)EMI、整流橋及濾波電容整流、濾波后的輸入電壓，我們?cè)谇懊嬗?jì)算得到電壓將近117V，輸入波形穩(wěn)定近似一條直線。圖4-2 整流輸入波形 圖4-3為高頻變壓器原邊的波形圖，

36、在電壓的最小值時(shí)，漏極關(guān)斷，變壓器不工作，當(dāng)記過(guò)一個(gè)大格的五分之二，將近1的時(shí)候，漏極導(dǎo)通，變壓器開(kāi)始工作，工作波形如圖所示。根據(jù)負(fù)載的變化，負(fù)載越大前端重疊部分越寬，反之越窄。圖4-3 為高頻變壓器原邊波形 圖4-4為高頻變壓器的二次側(cè)波形，它的波形和原邊波形相對(duì)應(yīng)，在電壓最小值時(shí)關(guān)斷，記過(guò)約1的時(shí)間，變壓器二次側(cè)開(kāi)始工作，波形為如圖所示。圖4-4 高頻變壓器副邊波形 圖4-5為輸出電壓波形，它經(jīng)過(guò)輸出電容、電感的濾波后，其波形比較平穩(wěn)固定。由圖看出電壓將近5V。圖4-5 輸出電壓波形第5章 總結(jié)和展望當(dāng)今是信息與數(shù)字的時(shí)代，基本上所有的電子數(shù)字、電氣設(shè)備都會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的可靠的電源來(lái)供電。所

37、以開(kāi)關(guān)電源技術(shù)無(wú)論是對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略還是對(duì)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，它都是不容忽視的。如今的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)有很大提高。開(kāi)關(guān)電源的體積、功耗越來(lái)越小，效率隨之越來(lái)越高，所有致力于開(kāi)關(guān)電源的工作者做出了巨大的貢獻(xiàn)。本文根據(jù)要求設(shè)計(jì)了一個(gè)多路輸出反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，在多路輸出的條件先實(shí)現(xiàn)了整流、濾波、減小噪聲，從而調(diào)高效率減小能耗。主要的工作為：首先分析電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出所需的電路，按相關(guān)要求計(jì)算具體元器件。先對(duì)反激式變換器進(jìn)行初步的介紹，在后面做具體詳細(xì)的計(jì)算，尤其是變壓器部分，作為本文的主要和關(guān)鍵。設(shè)計(jì)系統(tǒng)在后面的校對(duì)、驗(yàn)證也是可行的。雖然自己專業(yè)是電力方面的，但對(duì)電源的相關(guān)知識(shí)還是相對(duì)薄弱的，在此次

38、畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文中有很多的不足之處，希望老師能夠批評(píng)教誨，我在今后的學(xué)習(xí)工作中改善進(jìn)步。模電、數(shù)電和電力電子是重要的支撐知識(shí)，根據(jù)美國(guó)科學(xué)和幾乎委員會(huì)的報(bào)告提出，國(guó)家的關(guān)鍵性科學(xué)技術(shù)每個(gè)領(lǐng)域都會(huì)和開(kāi)關(guān)電源有關(guān)系。源于每個(gè)領(lǐng)域都需要能源的支撐，那么就必須要通過(guò)開(kāi)關(guān)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以它是一個(gè)非常有潛力的行業(yè)。開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵便是體積、開(kāi)關(guān)頻率及效率，這以后一定上式大家爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。而開(kāi)關(guān)電源也必將是人們研究的熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 沙占友，王彥朋，安國(guó)臣.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)入門(mén)與實(shí)例解析M.北京：中國(guó)電力出版社， 2009:31-34.2 沙占友，王彥朋，馬洪濤.開(kāi)關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)M.北京：中國(guó)電力出版社，2009:142-147.3 沙占友.新型單片開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2001:34-35.4 沙占友.單晶片交換式電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)M.中國(guó)臺(tái)北：全話科技圖書(shū)股份有限公司， 2006:28-32.5 沙占友，龐志峰.開(kāi)關(guān)電源外圍元器件選擇與檢測(cè)M.北京：中國(guó)電力出版社，2009: 101-107.6 馬洪濤，沙占友等.開(kāi)關(guān)電