開關(guān)電源課程設(shè)計(jì)

1、得分評(píng)卷教師哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院開關(guān)電源課程設(shè)計(jì) 題 目： 惠普筆記本電腦電源適配器 姓 名： 謝樹升 分院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自化 學(xué) 號(hào)： 14160228 二一七年 九 月 八 日摘 要 本文介紹了惠普筆記本電腦電源適配器的一系列工作原理、程序流程、元器件的選擇等。隨著開關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、儀器通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其需求日益增長(zhǎng)，并且對(duì)電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐漸取代了效率低、又笨重的線性電源。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)

2、展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)。信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。本論文是基于芯片UC3842的小功率高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源 半橋 全橋 推挽 高頻變壓器AbstractThis paper describes a series of working principles of HP notebook power adapter, Program flow,

3、 component selection, etc. With the switching power supply in computers, instruments, communications, aerospace,Wide range of equipment, such as instrumentation and household appliances .Demand for people is growing. And the power efficiency, volume, weight and reliability of the higher requirements

4、. Switching power supply has the advantages of high efficiency, small size, light weight ,In many ways, the inefficient and cumbersome linear power source is being replaced gradually. Development of power electronic technology. Especially the rapid development of high-power devices IGBT and MOSFET,

5、Increase the operating frequency of the switching power supply to a fairly high level, It has the characteristics of high stability and high performance price ratio. One of the main uses of switching power supply technology is to serve the information industry. The development of information technol

6、ogy has put forward higher requirements for power supply tec. Thus promoting the development of switching power supply technology. There are many high frequency conversion circuits in switching power supply, The common conversion circuits include push-pull, full bridge, half bridge, single ended for

7、ward and single ended flyback. This thesis is based on chip UC3842 design of small power high-frequency switching power supply system.Key words: witching power supply half bridge full bridge push-pull high frequency transformer目 錄摘 要2Abstract3目 錄4前 言5第一部分 設(shè)計(jì)要求6一、設(shè)計(jì)目的6二、系統(tǒng)要求6三、功能描述7第二部分 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案9第三部分 開

8、關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算12一、 主電路的選型12二、變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算12三、開關(guān)器件的選擇15第四部分 開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)19一、控制電路的組成19二、PWM集成控制器的選擇19四、控制電路的整體設(shè)計(jì)21總結(jié)22參考文獻(xiàn)23附錄A 電路圖24前 言 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。開關(guān)

9、電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過

10、降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。-5-第一部分 設(shè)計(jì)要求一、 設(shè)計(jì)目的 適配器是將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?9V的直流電壓，輸出電流為3A。  220V交流電壓經(jīng)D2整流，C1濾波得到300V直流電壓。該電壓一路經(jīng)開關(guān)變壓器T1的1、2腳繞組加到場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管Q1（K2543）的D極，另一路經(jīng)R4降壓后得到約17V啟動(dòng)電壓給ICI(KA3842)腳供電，并從ICl內(nèi)部基準(zhǔn)電壓發(fā)生器產(chǎn)生5V基準(zhǔn)電壓從第腳輸出。此時(shí)其內(nèi)部振蕩器起振，從第腳輸出調(diào)寬脈沖(PWM)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q1，使其工作在開關(guān)狀態(tài)。Q1的D極輸出電流在開關(guān)變壓器Tl

11、初級(jí)繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)磁芯耦合到T1次級(jí)，在次級(jí)、腳繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)肖特基二極管Q2、電容C4整流濾波后得到19V直流電壓輸出。  為保證輸出電壓穩(wěn)定，輸出端由R13、R14對(duì)19V輸出電壓進(jìn)行誤差取樣，取樣電壓由三端可調(diào)分流基準(zhǔn)IC3(TL431)進(jìn)行比較和誤差放大，再驅(qū)動(dòng)光電耦合器IC2(PC817)，將誤差電壓耦合放大后送到IC1(KA3842)第腳內(nèi)部，通過內(nèi)部PWM電路改變第腳輸出脈沖的寬度，使Q1的開關(guān)時(shí)間發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。經(jīng)過這樣一個(gè)反饋控制過程后，最終使輸出電壓穩(wěn)定在19V上。  該電路中還設(shè)有幾路過壓過流保

12、護(hù)：  開關(guān)變壓器初級(jí)繞組第、腳的感應(yīng)電壓經(jīng)D4、C2整流濾波后得到約17V電壓送至IC1第腳，用以維持ICI正常工作(300V電壓經(jīng)R4降壓供給腳的電壓因電流較小只作為啟動(dòng)電壓)。當(dāng)某種原因引起輸出電壓升高時(shí)，該路電壓也將升高，當(dāng)該電壓升高至22V以上時(shí)，穩(wěn)壓二極管Dl將反向擊穿，導(dǎo)致IC1第腳過流保護(hù)端的電壓升高至lV以上，此時(shí)IC內(nèi)部將關(guān)斷第腳的脈沖輸出，使電路停止工作，達(dá)到過壓保護(hù)的目的。  當(dāng)某種原因使開關(guān)管Q1電流過大時(shí)，Q1的S極所接過流取樣電阻R8兩端電壓將升高，當(dāng)該電壓升高至使ICl第(3)腳電壓高于1V時(shí)，也將切斷ICl第腳輸出起到過

13、流保護(hù)作用。  開關(guān)管Q1的D極所接的R10、C8、D6組成尖峰吸收回路，對(duì)Ql截止期間T1的、腳繞組上產(chǎn)生的尖峰感應(yīng)脈沖進(jìn)行吸收，防止Q1被擊穿。二、 系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算。（主電路的選型、變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算、開關(guān)器件及整流二極管、濾波電容的計(jì)算等） （2）開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)。（控制電路組成、控制模式的選擇、PWM集成控制器的選擇、控制電路的整體設(shè)計(jì)） （3）畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖 設(shè)計(jì)要求：（1）在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力 ，要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要

14、說明其有哪些特點(diǎn)。主電路具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過剖析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會(huì)。設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇）。 （2）在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問題的能力，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路、控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型）。嚴(yán)禁抄襲，嚴(yán)禁兩篇設(shè)計(jì)報(bào)告基本相同，甚至完全一樣。 （3）課程設(shè)計(jì)封面為學(xué)校統(tǒng)一要求。要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強(qiáng)。三、功

15、能描述1：壓敏電阻，其功能是當(dāng)外界電壓過高時(shí)，壓敏電阻阻值迅速變得很小，與壓敏電阻串聯(lián)的保險(xiǎn)絲被熔斷，從而保護(hù)其它電路不被燒壞。 2：保險(xiǎn)絲，規(guī)格為2.5A/250V，當(dāng)電路中的電流過大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷以保護(hù)其它元件。 3：電感線圈（又稱扼流圈），主要功能是降低電磁干擾。  4：整流橋，規(guī)格為D3SB，作用是把220V交流電變?yōu)橹绷麟姟?#160; 5：濾波電容，規(guī)格為180uF/400V，作用是濾除直流電中的交流紋波，使電路工作更可靠。 6：運(yùn)放IC（集成電路），保護(hù)電路、電壓調(diào)節(jié)的重要組成部分。  7：溫度探頭

16、，用于探測(cè)電源適配器的內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度高于某一設(shè)定值時(shí)（不同品牌的電源適配器，其設(shè)定的溫度閥值略有不同），保護(hù)電路會(huì)切斷適配器的電壓輸出，從而保護(hù)適配器不受損壞。  8：大功率開關(guān)管，是開關(guān)電源中的核心元件之一，開關(guān)電源能“一開一關(guān)”地工作，開關(guān)管功不可沒。  9：開關(guān)變壓器，開關(guān)電源中的核心元件之一。  10：次級(jí)整流管，功能是把低壓交流電變?yōu)榈蛪褐绷麟姟Ｔ贗BM的電源適配器中，整流管往往是由兩個(gè)大功率并聯(lián)工作的，以獲得較大的電流輸出。  11：次級(jí)濾波電容，規(guī)格為820uF/25V，共有兩個(gè)，起濾除低壓直流電中

17、的紋波的作用。 除上述元件外，電路板上還有可調(diào)電位器及其它阻容元件。他激式開關(guān)電源由集成控制器以少量外圍元器件與MOSFET構(gòu)成，不僅電路結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，而且大幅提高了開關(guān)電源的可靠性和穩(wěn)壓性，使得他激式開關(guān)電源有了極大的發(fā)展。現(xiàn)在所有由市電供應(yīng)的AC-DC設(shè)備幾乎全部采用變壓器耦合性開關(guān)電源，也稱為隔離性開關(guān)電源。通電后，CPU經(jīng)由接插件J201的19、21腳送入高電平，因J201的7腳為+5V（來自于主控板）， VT102與VT103均導(dǎo)通。其中，VT102導(dǎo)通，經(jīng)光耦SSR101（3SF21）給雙向可控硅VT101（BCR5KM）提供觸發(fā)信號(hào)使其導(dǎo)通；市電一線經(jīng)高壓管VD2半波整流開

18、關(guān)控制器、R1限流，為IC1提供部分電壓，二次繞組的輸出電壓經(jīng)共陰極肖特基二極管濾波整流之后產(chǎn)生平滑的+19.5V的電壓。電阻和電容構(gòu)成吸收網(wǎng)絡(luò)，發(fā)光二極管LED用于電源顯示 第二部分 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案筆記本電源適配器實(shí)際上就是一個(gè)直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，就是將某一種數(shù)值的直流電壓，變換成另一種數(shù)值或多種數(shù)值的直流電壓輸出的穩(wěn)壓電源，也就是所謂的DC-DC變換器。簡(jiǎn)化圖如2.1所示，由五個(gè)部分組成。從圖中可以知道，由左邊輸入的交流電壓有效值為220V，首先經(jīng)過整流濾波變成直流電壓VI。而后經(jīng)過逆變器，又將直流電壓變成方波電壓Vi.給開關(guān)變壓器初級(jí)繞組輸入，經(jīng)過開關(guān)變壓器變壓后，在次級(jí)繞組輸出所需的電壓，

19、由開關(guān)變壓器次級(jí)繞組輸出的電壓是正負(fù)交替的方波電壓，所以必須得經(jīng)過整流濾波（二次整流），最后才能輸出直流電壓VO，供負(fù)載用電，另外還要從輸出電壓VO端引出一小部分電壓，通過穩(wěn)壓控制系統(tǒng)反饋給逆變電路，進(jìn)行穩(wěn)壓控制，這就是所謂的深負(fù)反饋穩(wěn)壓電路，這樣才能使輸出電壓VO穩(wěn)定。 開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框圖整流濾波它的主要功能是將一次整流部分整流后的波動(dòng)電壓濾波成紋波電壓符合要求的直流電壓。對(duì)于濾波電容中的電容容量，如果想從所要求的紋波電壓值來確定是非常困難的事，其原因在于濾波電路中所用的電解電容，從等效電路看并不是單純的電容，而是包含有串聯(lián)電阻RC和串聯(lián)電感LC的電路，因此從要求輸出的紋波電壓值來確定

20、濾波電容的容量主要受其等效的串聯(lián)阻抗的溫度和頻率特性的影響，這些參數(shù)的數(shù)值又是隨溫度變化的，不過根據(jù)電容的允許的波紋電流值來確定濾波電容量就比較簡(jiǎn)單了。 單向整流電路的輸出電壓一般都含有較大的脈動(dòng)成分，后接的濾波電容的一種目的是盡量抑制脈動(dòng)成分，另一種目的是盡量保留直流部分，使輸出電壓接近理想的直流。逆變器當(dāng) c接通電源后，220V交流電壓，經(jīng)橋式全波整流電路BR整流后，又經(jīng)由兩個(gè)容量較大的，而且容量相同的電容器C1和C2串聯(lián)后濾波，輸出約300V直流電壓，電容器C1、C2因?yàn)槿萘肯嗤訡1和C2各分得的電壓都是150V，其極性都是上正下負(fù)。開關(guān)變壓器T2的初級(jí)繞組一端接在VT3

21、和VT4串聯(lián)的中間點(diǎn)上，另一端經(jīng)電容器C3后接在兩個(gè)濾波電容C1和C2串聯(lián)的中間點(diǎn)上。 先假設(shè)VT4是剛剛截止，稍后VT3就開始導(dǎo)通，VT3的集電流是由濾波電容器C1供給的，C1兩端的150V電壓的正端，加在VT3的集電極上，電流通過VT3集電極到發(fā)射極后，又從開關(guān)變壓器T2初級(jí)繞組流入，又另一端輸出后，又通過隔直電容器C3最后回到C1的負(fù)端，這時(shí)T2的初級(jí)繞組兩端加的是150直流電壓，極性是上正下負(fù)我們知道初級(jí)繞組的直流電阻很小，故初級(jí)繞組中的電流是線性增長(zhǎng)的，這樣會(huì)T2右邊的次級(jí)繞組感應(yīng)出一個(gè)正的矩形脈沖。變壓器、穩(wěn)壓控制變壓器是開關(guān)穩(wěn)壓電源電路最主要的元器件，按頻率分有高頻變壓

22、器和工頻變壓器，高頻變壓器用于開關(guān)電源電路，工頻變壓器是對(duì)市電交流（頻率為50HZ）進(jìn)行電壓變換，用做一般支流電源中的電源變壓器。正確選擇電源變壓器是設(shè)計(jì)直流電源的關(guān)鍵，電源變壓器有市售成品可供選用，但市售成品的各種參數(shù)不一定符合擁護(hù)的要求，這就需要擁護(hù)自己設(shè)計(jì)制作。 系統(tǒng)中存在的電氣元件1：壓敏電阻，其功能是當(dāng)外界電壓過高時(shí)，壓敏電阻阻值迅速變得很小，與壓敏電阻串聯(lián)的保險(xiǎn)絲被熔斷，從而保護(hù)其它電路不被燒壞。 2：保險(xiǎn)絲，規(guī)格為2.5A/250V，當(dāng)電路中的電流過大時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)熔斷以保護(hù)其它元件。 3：電感線圈（又稱扼流圈），主要功能是降低電磁干擾。 &

23、#160;4：整流橋，規(guī)格為D3SB，作用是把220V交流電變?yōu)橹绷麟姟?#160; 5：濾波電容，規(guī)格為180uF/400V，作用是濾除直流電中的交流紋波，使電路工作更可靠。 6：運(yùn)放IC（集成電路），保護(hù)電路、電壓調(diào)節(jié)的重要組成部分。  7：溫度探頭，用于探測(cè)電源適配器的內(nèi)部溫度，當(dāng)溫度高于某一設(shè)定值時(shí)（不同品牌的電源適配器，其設(shè)定的溫度閥值略有不同），保護(hù)電路會(huì)切斷適配器的電壓輸出，從而保護(hù)適配器不受損壞。  8：大功率開關(guān)管，是開關(guān)電源中的核心元件之一，開關(guān)電源能“一開一關(guān)”地工作，開關(guān)管功不可沒。  9：

24、開關(guān)變壓器，開關(guān)電源中的核心元件之一。  10：次級(jí)整流管，功能是把低壓交流電變?yōu)榈蛪褐绷麟姟Ｔ贗BM的電源適配器中，整流管往往是由兩個(gè)大功率并聯(lián)工作的，以獲得較大的電流輸出。  11：次級(jí)濾波電容，規(guī)格為820uF/25V，共有兩個(gè)，起濾除低壓直流電中的紋波的作用。 除上述元件外，電路板上還有可調(diào)電位器及其它阻容元件。第三部分 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算1、 主電路的選型主電路主要由“電磁干擾抑制電路與整流濾波電路”；“電源啟動(dòng)及轉(zhuǎn)換”；“穩(wěn)壓控制電路”和“輸出保護(hù)電路”組成的反激式開關(guān)電源基本電路，此電路用來抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾、

25、在輕載情況下自動(dòng)降低工作頻率、而且可以完善的保護(hù)輸出，保證了可靠性下圖為反激式開關(guān)電源的基本基本電路：二、變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算變壓器是開關(guān)穩(wěn)壓電源電路最主要的元器件，按頻率分有高頻變壓器和工頻變壓器，高頻變壓器用于開關(guān)電源電路，工頻變壓器是對(duì)市電交流（頻率為50HZ）進(jìn)行電壓變換，用做一般支流電源中的電源變壓器。正確選擇電源變壓器是設(shè)計(jì)直流電源的關(guān)鍵，電源變壓器有市售成品可供選用，但市售成品的各種參數(shù)不一定符合擁護(hù)的要求，這就需要擁護(hù)自己設(shè)計(jì)制作。 變壓器的設(shè)計(jì)要求是： 1 漏磁要小，以便能獲得小的繞組漏感； 2 便于繞制，引出線及整個(gè)變壓器安裝方便

26、，有利于生產(chǎn)和維護(hù)； 3  有利于散熱； 4 傳輸功率要留有一定的裕量； 5 當(dāng)輸入電壓和占空比為最大值時(shí)，磁芯不會(huì)飽和； 6  在順向型電路中，原邊線圈的電感量必須足夠大；在回掃型電路中，原邊線圈的電感量必須符合所需功率而規(guī)定的數(shù)值； 7 必須滿足初、次繞組上的銅耗與磁芯的鐵耗相等的設(shè)計(jì)原則； 電源變壓器的設(shè)計(jì)步驟是： 根據(jù)所需要的輸出功率，確定變壓器鐵心截面積的大小；再根據(jù)鐵心截面積和繞組的電壓值確定其匝數(shù)；最后根據(jù)各繞組所通過的電流大小，確定所需要包

27、線的直徑。 變壓器磁性材料和磁芯結(jié)構(gòu)的選擇： 開關(guān)電源變壓器通常工作在20-50KHZ，甚至更高的頻率上。它要求磁性材料在工作頻率上的功耗盡可能的小，此外，還要求磁性材料飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、溫度穩(wěn)定性好。鐵氧體磁芯由于價(jià)格便宜，磁芯形式多種多樣，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是，鐵氧體存在著許多缺點(diǎn)，例如飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值較低，溫度穩(wěn)定性差，易碎等。在體積重量、環(huán)境條件及性能指標(biāo)要求高的開關(guān)穩(wěn)壓電源變壓器中可以采用坡莫合金和非晶體態(tài)合金等材h料。坡莫合金和非晶體態(tài)合金通常制成環(huán)形鐵芯，有特殊要求時(shí)也可以制成矩形或其他形狀。適配器高壓側(cè)電路不變，低壓側(cè)改造電路如下圖所示：插頭中間針改接

28、集成電路DS2501，并在輸出和接地之間并聯(lián)穩(wěn)壓二極管及串聯(lián)一個(gè)電阻。這時(shí)，穩(wěn)壓電路仍然由光耦及其附屬元件組成。  主電路是半橋式變換器，所以開關(guān)變壓器應(yīng)按半橋式變換器中的變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。   設(shè)計(jì)要求： 開關(guān)頻率fs=100kHz.   輸入源電壓VAC：220V±15%.  輸出電壓V0：16V。  輸出電流I0：4A。  整流電路：全波整流，整流管壓降VDF=0.5V。 工作效率h：80%。  

29、60;        濾波電感：10mH。預(yù)先估計(jì)； 額定輸出功率:     P0ut=4A´（16+0.5）V=66W                估計(jì)輸入功率：      Pin=66w/o.8=82.5W 

30、60;                  直流輸入電壓：Vin(min)=2187V=264.4V        Vin(max)= 2253=357.7V 平均輸入電流： Lin(max)=66W/264.4V=0.249A       

31、    Lin(min)=66W/357.7V=0.185A 估計(jì)最大峰值電流： Ipk= kPout/ Vin(low)=2.8´66W/264.4V= 0.70A  三、 開關(guān)器件的選擇 導(dǎo)線線徑的選取 根據(jù)輸入輸出的估算,初線線圈的平均電流值應(yīng)該允許達(dá)到2A 1、初級(jí)繞組 初級(jí)繞組的線徑可選d=0.80mm,其截面積為0.50272m的圓銅線。 2、次級(jí)繞組 次級(jí)繞組的線徑可根據(jù)各組輸出電流的大小,利用原級(jí)相同

32、線徑采用多股并繞的辦法解決。為了方便線圈繞制,也可選用線徑較粗的導(dǎo)線。由于工作頻率較高,應(yīng)考慮集膚效應(yīng)的影響。 線圈繞制與絕緣 繞制開關(guān)變壓器最重要的問題是想辦法使初、次級(jí)線圈緊密地耦合在一起,這樣可以減小變壓器漏感。因?yàn)槁└羞^大,將會(huì)造成較大的尖峰脈沖,從而擊穿開關(guān)管。因此,在繞制高頻變壓器線圈時(shí),應(yīng)盡量使初、次級(jí)線圈之間的距離近些。 具體可采用以下方法:1、雙線并繞法 將初、次級(jí)線圈的漆包線合起來并繞,即所謂雙線并繞。這樣初、次級(jí)線間距離最小,可使漏感減小到最小值。但這種繞法不好繞制,同時(shí)兩線間的耐壓值較低。 逐層間繞法 為克服并

33、繞法耐壓低、繞制困難的缺點(diǎn),用初、次級(jí)分層間繞法,即1、3、5行奇數(shù)層繞初級(jí)繞組,2、4、等偶數(shù)層繞次級(jí)繞組。這種繞法仍可保持初、次級(jí)間的耦合,又可在初、次級(jí)間墊絕緣紙,以提高絕緣程度。 2、夾層式繞法 把次級(jí)繞組繞在初級(jí)繞組的中間,初級(jí)分兩次繞這種繞法只在初級(jí)繞組中多一個(gè)接頭,工藝簡(jiǎn)單,便于批量生產(chǎn)。本例中,為減小分布參數(shù)的影響,初級(jí)采用雙線并繞連接的結(jié)構(gòu),次級(jí)采用分段繞制,串聯(lián)相接的方式即所謂堆疊繞法。降低繞組間的電壓差,提高變壓器的可靠性。在變壓器的絕緣方面,線圈絕緣應(yīng)盡量選用抗電強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗低的復(fù)合纖維絕緣紙,提高初、次級(jí)之間的絕緣強(qiáng)度和抗電暈?zāi)芰?本例中,因?yàn)?/p>

34、不涉及高壓,絕緣問題不必特殊考慮。     3、功率開關(guān)管的選擇 功率開關(guān)部分的主要作用就是把直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的交流電壓。緊接在功率開關(guān)后的這一級(jí)可以用變壓器把交流波形升高或降低，最后由變換器的輸出級(jí)把交流電壓換成直流。為了完成這個(gè)DC-DC變換，功率開關(guān)只工作在飽和關(guān)斷兩種狀態(tài)，這就可使開關(guān)損耗盡可能小。目前主要用到兩種功率開關(guān)：雙極型功率晶體管和功率MOSFET，IGBT一般用在功率更大的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，比如功率遠(yuǎn)大于1KW的電源和電動(dòng)機(jī)電路。和MOSFET相比，IGBT的開關(guān)速度比較慢，所以通常用在開關(guān)頻率小于20KHZ

35、的情況。電源電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為逆變半橋電路，需要用到2個(gè)開關(guān)管，相比較IGBT，MOS管具有開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以選擇大功率三極管作為開關(guān)管，這樣可以大大提高開關(guān)頻率，減小電源的體積，并且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單易于設(shè)計(jì)。 功率開關(guān)管由脈寬調(diào)制芯片TL494的輸出脈沖管腳8腳和11腳輸出的兩個(gè)相位相差180度的方波電壓控制導(dǎo)通與關(guān)斷。每一時(shí)刻，只能有一個(gè)開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，這樣，由一次整流、濾波電路輸出的直流電壓就被變成為一個(gè)高頻的交流電壓，這樣變壓器才能發(fā)生作用將電壓降壓為所需要的低壓工作電壓，這樣的逆變過程可以大大減小電源的體積，降低成本，滿足客戶對(duì)電源的要求。 4、輸出

36、二極管VD2的選用 二極管VD2中的電流與變壓器5V繞組中的電流相同。但實(shí)際上TOFF時(shí)必須考慮反向漏電流。 TOFF時(shí)反向電壓Vdr為 +´                       其最大值為 +´» VD2采用肖特基二極管D5SM3M，它的峰值反向電壓額定值為30V，有足夠的裕量。

37、 ´´=´´»         從產(chǎn)品目錄上查到Vr17V，TC=100度時(shí)，二極管反向漏電流為2mA。所以Ir2mA，Vr由上述計(jì)算出Vr16.0V。功耗非常小可以忽略。 又PN結(jié)散熱器間熱阻Rjf與Pf計(jì)算出: =´=                

38、60;   若Tjmax=100C°,環(huán)境溫度為60C°，需要的散熱器的熱阻為 再計(jì)算輸出電路中所用的二極管的參數(shù)。反向電壓最大值為：因此選用的高耐壓肖特基二極管S2S6M,S2S6M的反向峰值電壓為60V，輸出電流為1.3A。輸出電容的選用 流經(jīng)電容C2的紋波電流Ic2為Ic2I2I0如圖所示。Ic2的有效值為； 輸入電壓最低，輸出功率最大時(shí)，其值最大：輸出電路中電容C3的紋波電流也類似進(jìn)行計(jì)算。C2選用PL系列耐壓10V，容量為1500Fm的4個(gè) 電容并聯(lián)，每個(gè)電容允許紋波電流為730mA，因此：C3

39、選用耐壓16V，容量為390Fm電容，其電容允許的紋波電流為730 mA，選用3個(gè)并聯(lián)，對(duì)于1.94A來講有足夠的裕量。輸出紋波電壓較大時(shí)，再輸出回路中接入LC濾波器，抑制紋波電壓，L可選用幾Hm50Hm電感，C選用C2和C3容量的1/4就可以。第四部分 開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)一、控制電路的組成 脈沖寬度調(diào)制器，簡(jiǎn)稱“脈寬調(diào)制器”，用英文縮寫PWM表示。目前在微機(jī)和顯示器中的開關(guān)穩(wěn)壓電源，都使用脈寬調(diào)制器來控制，脈寬調(diào)制器就是采用集成電路來完成的。在微機(jī)和顯示器中的開關(guān)穩(wěn)壓電源，雖然使用的脈寬調(diào)制器的型號(hào)不同，但就其型號(hào)的種類不是很多，本篇設(shè)計(jì)使用的是TL494。二、PWM

40、集成控制器的選擇PWM開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流的基本原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)期間的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM的開關(guān)頻率一般為恒定值，控制取樣信號(hào)有輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓及開關(guān)器件峰值電流。由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過流保護(hù)、抗偏磁及均流等功能。 TL494在工作時(shí)，其工作頻率僅取決于外接在鋸齒波發(fā)生器（即震蕩器）上的定時(shí)元件RT和CT的數(shù)值，一旦定時(shí)元件固定后，TL49

41、4輸出信號(hào)的工作頻率也就固定不變了。一般通過5、6腳分別接定時(shí)元件RT和CT。鋸齒波發(fā)生器起振后，可在5腳所接定時(shí)電容CT上產(chǎn)生鋸齒波電壓，其頻率是f=1.1/RTCT，該鋸齒波在片內(nèi)分別送到比較器1和2的同相輸入端一般開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓控制、過流保護(hù)控制、過壓保護(hù)控制等采樣電壓是加在誤差放大器的同相輸入端（1或16腳）或死區(qū)控制端（4腳）的。因此，在片內(nèi)誤差放大器的輸出電平和鋸齒波在比較器2中進(jìn)行比較，而死區(qū)控制電平與鋸齒波在比較器1中進(jìn)行比較二者的輸出分別得到一串具有一定寬度的矩形脈沖。它們同時(shí)送門電路，經(jīng)D觸發(fā)器分頻后再經(jīng)響應(yīng)的門電路去控制TL494芯片內(nèi)部的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通和截止

42、，經(jīng)8腳和11腳向外輸出相位差為180度的脈寬調(diào)制脈沖。 控制電路選擇TL494的推挽工作方式，下面對(duì)推挽變換進(jìn)行一下介紹： 推挽變換相當(dāng)于兩個(gè)正激變換的組合。兩個(gè)變換器輪流互補(bǔ)工作,變壓器的一次側(cè)帶中心抽頭的兩個(gè)繞組隨各自連接的開關(guān)管導(dǎo)通而輪流工作，推挽變換器的磁芯工作在磁化曲線的第一象限和第三象限，完成磁化和去磁功能。是雙極性變換器的一種。推挽變換適合于低輸入電壓，比如12V、24V、48VDC-DC變換，功率可達(dá)1000W以上。開關(guān)管利用率高，而且一個(gè)周期內(nèi)只有一只開關(guān)管上有電壓,損耗小。開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路因?yàn)閮蓚€(gè)開關(guān)發(fā)射極相連而變得簡(jiǎn)單。推挽電路的缺點(diǎn)是存在直流偏磁現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因是由于兩個(gè)開關(guān)管的特性不對(duì)稱，導(dǎo)通壓降，驅(qū)動(dòng)開關(guān)時(shí)間不相等，變壓器容易磁通向某個(gè)方向偏移，嚴(yán)重時(shí)因輸入回路中存在不能轉(zhuǎn)化為輸出功率的無效直流電流，可能導(dǎo)致磁通飽和。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，開關(guān)管的特性參數(shù)一定要一致，驅(qū)動(dòng)電路要求對(duì)稱，延長(zhǎng)消偏磁時(shí)間，采用電流