反激變換器課程設計報告

1、電力電子課程實習報告班級： 電氣10-3班 學號： 10053303 姓名： 李 樂 目錄一、 課程設計的目的二、 課程設計的要求三、 課程設計的原理四、 課程設計的思路及參數(shù)計算五、 電路的布局與布線六、 調試過程遇到的問題與解決辦法七、 課程設計總結1、 課程設計的目的（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用；（3） 增強設計、制作和調試電力電子電路的能力。2、 課程設計的要求 本課程設計要求根據(jù)所提供的元器件設計并制作一個小功率的反擊式開關電源。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

2、程設計原理 1、引言電力電子技術有三大應用領域：電力傳動、電力系統(tǒng)和電源。在各種用電設備中，電源是核心部件之一，其性能影響著整臺設備的性能。電源可以分為線性電源和開關電源兩大類。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，實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出，電路簡單，但效率低。通常用于低于10W的電路中。通常使用的7805、7815等就屬于線性電源。開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷狀態(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（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小

3、），所以開關電源具有能耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕等突出優(yōu)點，在通訊設備、儀器儀表、數(shù)碼影音、家用電器等電子產品中得到了廣泛的應用。反激式功率變換器是開關電源中的一種，是一種應用非常廣泛的開關電源。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M1導通時，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載；當M1截止時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉，使VD導通，給輸出電容C充電，同時負載

4、R上也有電流I流過。M1導通與截止的等效拓撲如圖2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導通之前，副邊已經將磁路的儲能放光，即副邊電流為零，則稱變壓器運行于斷續(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埃琎又導通，則稱變壓器運行于連續(xù)電流模式（CCM）。通常反激變換器多設計為斷續(xù)電流模式（DCM）下。當變換器工作在CCM下時，輸出與輸入電壓、電流之間的關系如下：=， =， 其中=, =。當變換器工作在DCM下

5、時，上述關系仍然成立，只不過此時的增益變?yōu)椋?,=<可以看出，改變開關器件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)結構反激式變換器的系統(tǒng)結構示意圖如圖所示。由圖中可以看出，一個AC輸入DC輸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

6、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，反激變換器的關鍵在于變壓器和控制電路的設計。這也是本次課程設計的重點。圖4 反激變換器的系統(tǒng)結構簡圖四、課程設計的思路及參數(shù)計算在本次實習中提供的變壓器的鐵芯是EE28鐵氧體鐵芯，其在25攝氏度的磁導率為，鐵芯的初始磁導率為。變壓器選擇的相關參數(shù)包括：原副邊匝數(shù)比、原邊匝數(shù)、副邊匝數(shù)和氣隙，本次試驗中用到的變壓器的繞組的漆包線已經給定，無需選擇。（1）根據(jù)輸入的最高直流電壓和開關管Q的耐壓確定原副邊匝數(shù)比：=1.4220=308V ,=600V ,=80% 。=5.558這是匝數(shù)比的上限值，匝比只能比這個

7、小，不能比其大。 取=5.這就求得了最大占空比，即最大導通時間。為了保證電路工作于DCM模式，磁路儲能和放電的總時間應控制在0.8T以內，所以：=0.1215， 取D=0.1 。（2） 原邊匝數(shù)的計算：根據(jù)磁芯，得到有效的導磁截面積，則原邊匝數(shù)應保證在最大占空比時磁路仍不飽和。電壓沖量等于磁路中磁鏈的變化量，取開關頻率為75KHz,25°下Bmax為0.5T，真正的原邊匝數(shù)必須比這個值大，才可能讓磁路不飽和。通常取2倍的上述值，則取。 （3）副邊匝數(shù)的計算 根據(jù)上面兩步的結果，很容易求出副邊匝數(shù)。（4） 輔助繞組的計算輔助繞組計算與副邊繞組的計算方法一樣，由于輸出10v，供電輸出12

8、v。則得到（5）氣隙長度的計算：原邊的峰值電流為則初級電感為求出氣隙長度為：=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)的設計（1）振蕩器：振蕩器的頻率有定時元件，決定，我們小組的頻率選為75KHZ。初始=122，取104,。（實驗中有改動，改為=1200歐姆，取103）（2）電壓誤差放大器：在本次實習中在輸入與輸出的隔離開關電源中，為了減小誤差，通常采用外置電壓環(huán)，即將U3845的內部誤差放大器旁路掉，由外部電壓環(huán)的輸出通過補償輸入引腳決定電流參考。（3）電流比較器:電流比較器的門檻值有誤差放大器的輸出給定，當電壓誤差放大器

9、顯示輸出電壓太低時，電流的門檻值就增大，使輸出到負載的能量增加，反之也一樣。 電流型控制的優(yōu)點是本身具有過流保護功能，電流比較器實現(xiàn)對電流的逐周限制，屬于一種恒功率過載保護方法，即維持供給負載的恒功率。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) UC3845UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專為低壓應用設計。其欠壓鎖定門限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達500千赫輸出開關頻率；在反激式應用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時間從50%70%可調；自動前饋補償；鎖存脈寬調制，用于逐周期限流；內部微調的參考源；帶欠壓鎖定；

10、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 UC3845芯片管腳圖1腳：輸出/補償，內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，以確定誤差放大器的增益和頻響。2腳：電壓反饋輸入端。此腳與內部誤差放大器同向輸入端的基準電壓（2.5 V）進行比較，調整脈寬。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PWM輸出，驅動能力為土1A.7腳：正電源腳。8腳：V ref，5V基準電壓，輸出電流可達50mA.（2）TL431 TL431是一個良好的

11、熱穩(wěn)定性能的三端可調分流基準源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）、參考端（REF）。其芯片體積小、基準電壓精密可調，輸出電流大等優(yōu)點，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是一個內部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放特性可知，只有當REF端的電壓十分接近VI時，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100mA變化。圖8 TL431的功能模塊示意圖在開關電源設計中，一般輸出經過TL431（可控分流基準）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅動一個光耦的

12、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，用來調整一個電流模式的PWM控制器的開關時間，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,內部結構如圖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。在開關電源中，當電流流過光二極管時，二極管發(fā)光感應三極管，對輸出進行精確的調整，從而控制UC3842的工作。同時PC817光電耦合器不但可起到反饋作用還可以起到隔離作用。 圖4.15 PC817內部框圖7、 UC3845的主要外圍電路設計（1） 供電,初始取=300K,(后修改為)。(2) 電流檢測接在功率MOSFET源極上的

13、電流檢測電阻大概值為：，取。在測試時，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，常用光隔離器進行隔離。,要求流過二極管的最大電流為：,所以，,取。 取。 在此范圍內取值，則 則取五、 電路的布局與布線六、 調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150K和100K加50K電位器串聯(lián)，即改成可調節(jié)的，重新上電，并緩緩調小Ra1，結果穩(wěn)壓管兩端達到8.5v，但UC3845芯片仍舊沒有工作，因此仍沒有

14、輸出2、 經詢問同學，懷疑可能是因為CT取得太大，影響輸出頻率，導致UC3845不能工作，于是縮小十倍由104變?yōu)?03，為保證開關頻率不變，RT相應擴大十倍，變?yōu)?200歐姆，再次上電，這次UC3845工作了，有輸出了，但開關管在震動，發(fā)出嗡嗡聲，上電到150V左右時保險絲燒了，撤電后檢查發(fā)現(xiàn)開關管也燒壞了。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，電容選的太小因為這個是大家統(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、 我們推測是因為Ra1調的太小，導致供給穩(wěn)壓管兩端電壓太大，于是

15、換了穩(wěn)壓管之后并調大了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，應減少，于是將輔助繞組減到4匝，結果成功了一小步，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，副邊繞組降低導致占空比增大，接著導致供電輸出也增大，于是將輸出繞組又改為5匝，重新上電，但輸出調到10v后，但UC3845不工作，這次是輔助繞組匝數(shù)太少導致供電輸出太小，達不到8.5v。7、 最后將輔助繞組又增大到到5匝，上電輸出穩(wěn)定，但升到200v左右時，輸出突然降為零，經檢查，是輸出繞組上的二極