反激變換器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電力電子課程實(shí)習(xí)報(bào)告班級：電氣10-3班學(xué)號：_姓名： 李樂目錄一、課程設(shè)計(jì)的目的二、課程設(shè)計(jì)的要求三、課程設(shè)計(jì)的原理四、課程設(shè)計(jì)的思路及參數(shù)計(jì)算五、電路的布局與布線六、調(diào)試過程遇到的問題與解決辦法七、課程設(shè)計(jì)總結(jié)一、課程設(shè)計(jì)的目的(1)熟悉Power MosFET的使用；(2)熟悉磁性材料、磁性元件及其在電力電子電路中的應(yīng)用;(3)增強(qiáng)設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試電力電子電路的能力。二、課程設(shè)計(jì)的要求本課程設(shè)計(jì)要求根據(jù)所提供的元器件設(shè)計(jì)并制作一個小功率的反擊式 開關(guān)電源。電源輸入電壓：220V電源輸出電壓電流：12V/1.5A電路板：萬用板手焊。三、課程設(shè)計(jì)原理1 、引言電力電子技術(shù)有三大應(yīng)用領(lǐng)域：電力

2、傳動、電力系統(tǒng)和電源。在各種用電設(shè)備中，電源是核心部件之一，其性能影響著整臺設(shè)備的性能。電源可以分為線性電源和開關(guān)電源兩大類。線性電源是把直流電壓變換為低于輸入的直流電壓，其工作原理是在輸入與輸出之間串聯(lián)一個可變電阻（功率晶體管），讓功率晶體管工作在線性模式，用線性器件控制其“阻值”的大小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出，電路簡單，但效率低。通常用于低于 10W勺電路中。通常使用的 7805、 7815等就屬于線性電源。開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏- 安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?，所以開關(guān)電源具有能耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍

3、寬、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，在通訊設(shè)備、儀器儀表、數(shù)碼影音、家用電器等電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。反激式功率變換器是開關(guān)電源中的一種，是一種應(yīng)用非常廣泛的開關(guān)電源。2、基本反激變換器工作原理基本反激變換器如圖1 所示。 假設(shè)變壓器和其他元件均為理想元器件，穩(wěn)態(tài)工作下。 圖 1 反激變換器的原理圖電路工作過程如下：當(dāng) M1導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級電感線圈中 存儲能量，與變壓器次級相連的二極管 VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二 極管VD截止，在變壓器次級無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載； 當(dāng)M1截止時(shí)，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通,給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過。M1導(dǎo)通

4、與截止 的等效拓?fù)淙鐖D2 所示。(A)(B)圖2反激變換器的兩種工作狀態(tài)反激變換器的工作過程大致可以看作是原邊儲能和副邊放電兩 個階段。原邊電流和副邊電流在這兩個階段中分別起到勵磁電流的作 用。如果在下一次M導(dǎo)通之前，副邊已經(jīng)將磁路的儲能放光，即副邊 電流為零，則稱變壓器運(yùn)行于斷續(xù)電流模式(DCM,反之,則在副邊 還沒有將磁路的儲能放光，即在副邊電流沒有變?yōu)榱阒?，Q又導(dǎo)通, 則稱變壓器運(yùn)行于連續(xù)電流模式(CCM。通常反激變換器多設(shè)計(jì)為斷 續(xù)電流模式(DCM下。下:當(dāng)變換器工作在CCMF時(shí),輸出與輸入電壓、電流之間的關(guān)系如Uo=M Ug， Ig=M Ia，其中M =DN(1 D)n2Ns當(dāng)變換

5、器工作在DCMF時(shí),上述關(guān)系仍然成立,只不過此時(shí)的增益M變?yōu)?<N2 1M =Uo= D , K=2Lmf s U g KR可以看出，改變開關(guān)器件Q的占空比和變壓器的匝數(shù)比就可以改 變輸出電壓。3、反激變換器的吸收電路由于在實(shí)際中反激變換器存在各種寄生參數(shù)，如變壓器的漏感，開關(guān)管的源漏極電容。在這種情況下，反激變換器是不能可靠工作的。所以為了讓磁通可靠復(fù)位，加了 RC吸收電路。其圖如下所示：（ a）（ b）圖 3 吸收電路4、反激變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)反激式變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。由圖中可以看出，一個AC輸入D喻出的反激式變換器主要由如下五個部分組成：輸入電路、變壓器、控制電路、輸出電

6、路和吸收電路。輸入電路主要包括整流和濾波， 將輸入的正弦交流電壓變成直流，而輸出電路也是整流和濾波，是將變壓器副邊輸出的方波電壓單向輸出，且減少輸出電壓的紋波。所以， 反激變換器的關(guān)鍵在于變壓器和控制電路的設(shè)計(jì)。這也是本次課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。圖 4 反激變換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖四、課程設(shè)計(jì)的思路及參數(shù)計(jì)算在本次實(shí)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Bmax_25 0.5T ，鐵芯的初始磁導(dǎo)率為2300u0。變壓器選擇的相關(guān)參數(shù)包括：原副邊匝數(shù)比、原邊匝數(shù)、副邊匝數(shù)和氣隙，本次試驗(yàn)中用到的變壓器的繞組的漆包線已經(jīng)給定，無需選擇。(1)根據(jù)輸入的最高直流電壓和開關(guān)管

7、 Q的耐壓確定原副邊匝數(shù)比:U g=l.4U 2 = 1.4 220=308V , Uq=600V , =80%。Np IJ q 1.3 U g 600 I 32 308p= i 3| i =L.3=5.558Ns U O1.3 10 1這是匝數(shù)比的上限值，匝比只能比這個小，不能比其大。取Np_s=5.Ns這就求得了最大占空比，即最大導(dǎo)通時(shí)間。為了保證電路工作于DCM莫式，磁路儲能和放電的總時(shí)間應(yīng)控制在0.8T以內(nèi)，所以：=5 11 0.8 =0.1215 , 取 D=0.1 。307 5 11(2)原邊匝數(shù)的計(jì)算：根據(jù)磁芯，得到有效的導(dǎo)磁截面積 Ae,則原邊匝數(shù)應(yīng)保證在最大占空比時(shí)磁路仍不飽

8、和。電壓沖量等于磁路中磁鏈的變化量，取開關(guān)頻率為75KHz,25°下Bmax為0.5TNpU g D maxTBmaxAe1308 0.1215 37540- 12.304 ,真正的原邊匝數(shù)必須比0.5 80.9 10這個值大，才可能讓磁路不飽和。通常取2倍的上述值，則取Np 25(3)副邊匝數(shù)的計(jì)算根據(jù)上面兩步的結(jié)果，很容易求出副邊匝數(shù) Ns 5。(4)輔助繞組的計(jì)算輔助繞組計(jì)算與副邊繞組的計(jì)算方法一樣，由于輸出10v,供電輸出12v。則得到Nsi 6(5)氣隙長度的計(jì)算:原邊的峰值電流為Isp晉D 80% 1.2175A則初級電感為求出氣隙長度為:0 Ae lLg下Fe410 7

9、 80.93.365 10 4252514 1.664 10 4m=0.16mm變壓器制作過程中可取三層衛(wèi)生紙(每層 0.05mm作為氣隙圖5功率變壓器磁路示意圖6、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1)振蕩器：振蕩器的頻率有定時(shí)元件Rt , 5決定，f 1.%，我們小組 RTCT的頻率選為75KHz初始Rt=122Q, Ct取104,。(實(shí)驗(yàn)中有改動，改為 Rt =1200 歐姆，5 取 103)(2)電壓誤差放大器:在本次實(shí)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，由外部 電壓環(huán)的輸出通過補(bǔ)償輸入引腳決定電流參考。（ 3）電流比較器: 電流比較

10、器的門檻值Verror 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(shí)，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。電流型控制的優(yōu)點(diǎn)是本身具有過流保護(hù)功能，電流比較器實(shí)現(xiàn)對電流的逐周限制，屬于一種恒功率過載保護(hù)方法，即維持供給負(fù)載的恒功率。整個控制部分的原理圖如下所示：圖 6 UC3845 控制原理示意圖幾個重要器件的介紹:（1）UC3845UC384宓片為SO城SO14r腳塑料表貼元件。專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)。其欠壓鎖定門限為8.5v （通），7.6V （斷）；電流模式工作達(dá)50阡赫輸出開關(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(shí)間從50%70%可調(diào)；自動前饋補(bǔ)

11、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。芯片管腳圖及管腳功能如圖1所示。圖7 UC3845s片管腳圖1腳：輸出 / 補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出端。通常此腳與腳2之 間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。2腳：電壓反饋輸入端。此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓（2.5 V）進(jìn)行比較，調(diào)整脈寬。3腳：電流取樣輸入端。4腳：R T/CT振蕩器的外接電容C和電阻R的公共端。通過一個電阻接 Vref 通過一個電阻接地。5腳：接地。6腳：圖騰柱式PW畸出，驅(qū)動能力為土 1A.7腳：正電源腳。8腳：V ref ,

12、 5V基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá)50mA. 2） 2） TL431TL431 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（ANODB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(diǎn)，所以可 以用來制作多種穩(wěn)壓器件。其具體功能可用圖4.14 的功能模塊示意。由圖可看出，VI是一個內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可 知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時(shí)，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100m儂化。8 TL431 的功能模塊示意圖在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，一

13、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PW臟制器的開關(guān) 時(shí)間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電 壓輸出。 3） PC817PC817是一個比較常用的光電耦合器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.15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。在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時(shí)，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勺工作。同時(shí)PC817光電 耦合器不但可起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。圖4.15 PC817內(nèi)部框圖7、UC3845的

14、主要外圍電路設(shè)計(jì)(1)供電308 8.5Rai1 10 3299.5K，初始取 Ra1=300KQ,（后修改為 Ra1 250K ）(2)電流檢測接在功率MOSFE源極上的電流檢測電阻大概值為:RsU smaxI Pk0.71.21750.5749 ,取 Rs 0.5 。在測試時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)在最小輸入電壓下，電源無法提供滿載功率，就 需要減小該電阻值。(3)電壓反饋控制電壓反饋環(huán)節(jié)要與輸入電壓和控制IC隔離，常用光隔離器進(jìn)行隔Ri5V 5mA 1K，要求流過二極管的最大電流為:| f max1mA 5 mA7.5mA,所以,0.8R2Uo UfU kamin7.510 1.2 2.57.5mA0

15、.84KR2Uo UfU kamin5010 1.2 2.550mA0.126K取 R2 0.5K 。取 r3 150 。Uref 2.5VR 200UA 200uA 12.5K在此范圍內(nèi)取值，則R6 10KR12r (Uo Uref)10 2.5 36KR5Uref2.5則取R5 30K 五、電路的布局與布線六、調(diào)試過程遇到的問題與解決辦法1、 初次焊接成功后，取Ra1為300K歐姆，上電后穩(wěn)壓管兩端輸出8.2v,輸出端沒輸出，懷疑是Ra1太大的緣故，于是將其改 成150KQ和100KQ加50K電位器串聯(lián)，即改成可調(diào)節(jié)的，重新 上電，并緩緩調(diào)小Ra1,結(jié)果穩(wěn)壓管兩端達(dá)到8.5v,但UC384

16、5 芯片仍舊沒有工作，因此仍沒有輸出2、 經(jīng)詢問同學(xué)，懷疑可能是因?yàn)镃T取得太大，影響輸出頻率，導(dǎo)致UC384杯能工作，于是縮小十倍由104變?yōu)?03,為保證開 關(guān)頻率不變，RT相應(yīng)擴(kuò)大十倍，變?yōu)?200歐姆，再次上電， 這次UC3845X作了，有輸出了，但開關(guān)管在震動，發(fā)出嗡嗡聲， 上電到150V左右時(shí)保險(xiǎn)絲燒了，撤電后檢查發(fā)現(xiàn)開關(guān)管也燒壞 了。3、 換上新的器件后，開始檢查電路，發(fā)現(xiàn)RC濾波的電壓和電容選錯了，電容選的太小因?yàn)檫@個是大家統(tǒng)一的，我們選的電容太小電阻太大，修改之后再次上電，結(jié)果顯示輸出的發(fā)光二極管亮了一下之后就滅了，撤電再次檢查發(fā)現(xiàn)穩(wěn)壓管燒壞了。4、 我們推測是因?yàn)镽a1 調(diào)

17、的太小，導(dǎo)致供給穩(wěn)壓管兩端電壓太大，于是換了穩(wěn)壓管之后并調(diào)大了 Ra1,但是再次上電仍然燒了穩(wěn)壓管，所以感覺推測有誤。5、 詢問老師，原因可能是輔助繞組匝數(shù)太多，應(yīng)減少，于是將輔助繞組減到4 匝，結(jié)果成功了一小步，穩(wěn)壓管有穩(wěn)定輸出12v，輸出穩(wěn)定在15v,覺得兩個電壓都太大，不敢繼續(xù)升高輸入電 壓，怕燒壞穩(wěn)壓管。于是又一次修改變壓器，將輔助繞組減到3， 副邊繞組也減到3， 再次上電穩(wěn)壓管兩端電壓竟然升到了13v多，沒敢繼續(xù)升高輸入，不明白為什么降低了繞組匝數(shù)反而電 壓上升，撤電分析原因6、 詢問老師知，副邊繞組降低導(dǎo)致占空比增大，接著導(dǎo)致供電輸出也增大，于是將輸出繞組又改為5 匝，重新上電，但輸出調(diào)到10v后，但UC384環(huán)工作，這次是輔助繞組匝數(shù)太少導(dǎo)致供電輸出太小，達(dá)不到8.5v。7、 最后將輔助繞組又增大到到5 匝，上電輸出穩(wěn)定，但