正激電源的制作及測(cè)試-帶復(fù)位繞組正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的介紹

學(xué)習(xí)情境三正激式電源電路的分析帶磁復(fù)位正激式電源電路1帶磁復(fù)位正激式電源電路的學(xué)習(xí)分解成四個(gè)任務(wù)：任務(wù)一帶磁復(fù)位繞組正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的介紹任務(wù)二正激式電源電路的分析任務(wù)三正激電路的制作、調(diào)試和測(cè)試2學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)和要掌握的技能：1.正激式變換器的分析2.電路工作原理的分析3.部分電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，尤其是變壓器的分析及制作4.電路的制作、調(diào)試和測(cè)試3

Buck、Boost和Buck/Boost變換器都是不隔離的直流變換器。（不隔離就是指輸入和輸出共地）。具有隔離的直流變換器也可按單管、兩管和四管分類(lèi)。單管隔離直流變換器有正激（forward)和反激（flyback)兩種。兩管隔離直流變換器有半橋變換器（halfbridge）、推挽變換器（push-pull）變換器和雙管正激變換器（doubleforward），四管隔離變換器有全橋變換器（fullbridge）。隔離式直流變換器都用變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常就是指輸入和輸出不共地。為了減小損耗和改善電力電子器件的工作條件，變壓器各繞組應(yīng)緊密耦合，盡量減小漏磁。

任務(wù)一帶磁復(fù)位繞組正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的介紹4磁復(fù)位的引入：正激直流變換器在工作時(shí)需要磁復(fù)位電路。變壓器鐵芯的磁復(fù)位有多種方法，在輸入端接復(fù)位繞組是最基本的方法，其次還有RCD復(fù)位，LCD復(fù)位和有源箝位等磁復(fù)位方法。下面介紹具有復(fù)位繞組的正激變換器。

56原邊W1副邊W2磁復(fù)位繞組W3

1.

復(fù)位繞組的正激變換器的結(jié)構(gòu)Forwardconverterwithresetwinding67正激式變壓器的介紹：ForwardTransformerintroduction

變壓器：原邊（原級(jí)）primaryside和副邊（次級(jí)）secondaryside原邊電感（勵(lì)磁電感）--magnetizinginductance

漏感---leakageinductance副邊開(kāi)路或者短路測(cè)量原邊電感分別得勵(lì)磁電感和漏感

變壓器的作用：1.電氣隔離；2.變比不同，達(dá)到電壓升降；

3.磁耦合傳送能量；4.測(cè)量電壓、電流。788正激式變壓器的等效電路：

Forward變換器實(shí)際上是降壓式變換器中插入隔離變壓器而成。變壓器中有三個(gè)繞組，原邊繞組W1，副邊繞組W2，復(fù)位繞組W3,圖中繞組符號(hào)標(biāo)有“*”號(hào)的一端，表示變壓器各繞組的同名端，也就是該繞組的始端。D3是復(fù)位繞組W3的串聯(lián)二極管。下圖a、b、c給出了變換器在不同開(kāi)關(guān)模態(tài)下的等效電路圖。91010等效電路

11112.

帶復(fù)位繞組的正激變換器的工作原理分析

正激變換器的主要理論波形下面討論電感電流連續(xù)時(shí)forward變換器的工作原理：1.模態(tài)1[對(duì)應(yīng)于圖(a)]在t=0時(shí)，Q1導(dǎo)通，Vin通過(guò)Q1加在原邊繞組W1上，因此鐵芯磁化，鐵芯磁通?增加：在t=Ton時(shí)，鐵芯磁通?的增加量為Vin/W1*D*Ts。那么副邊繞組W2上的電壓為：Vw2=W2/W1*Vin=Vin/K12。式中，K12=W1/W2是原邊與副邊繞組的匝比。此時(shí)，整流二極管D1導(dǎo)通，續(xù)流二極管D2截止，濾波電感電流iL1線性增加，這與buck變換器中開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)一樣，只是電壓為Vin/K12。1213132.模態(tài)2[對(duì)應(yīng)于圖(b)]在Ton時(shí)刻，關(guān)斷Q1，原邊繞組和副邊繞組中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)變壓器通過(guò)復(fù)位繞組進(jìn)行磁復(fù)位，勵(lì)磁電流iM從復(fù)位繞組W3經(jīng)過(guò)二極管D3回饋到輸入電源中去。那么復(fù)位繞組上的電壓為：Vw3=-Vin；原邊繞組上的電壓為：Vw1=-K13*Vin；副邊繞組上的電壓為：Vw2=-K23*Vin。式中，K13=W1/W3是原邊與復(fù)位繞組的匝比，

K23=W2/W3是副邊與復(fù)位繞組的匝比。

14此時(shí)，整流二極管D1關(guān)斷，濾波電感電流iL1通過(guò)續(xù)流二極管D2續(xù)流，與buck變換器類(lèi)似。在此開(kāi)關(guān)模態(tài)中，加在Q上的電壓VQ為：

VQ=Vin+K13*Vin。電源電壓Vin反向加在復(fù)位繞組W3上，故鐵芯去磁，鐵芯磁通?減?。篧3*d?/dt=-Vin

鐵芯磁通?的減小量為：Vin/W3*ΔD*Ts。式中，ΔD=(Tr-Ton)/Ts，是變壓器磁芯的去磁時(shí)間Tr-Ton與Ts的比值，ΔD小于1-D。1415

磁電流iM從原邊繞組中轉(zhuǎn)移到復(fù)位繞組中，并且開(kāi)始線性減小。在Tr時(shí)刻，iW3=iM=0，變壓器完成磁復(fù)位。

3.模態(tài)3[對(duì)應(yīng)于圖(c)]

在Tr時(shí)刻，所有繞組中均沒(méi)有電流，他們的電壓均為0，濾波電感電流繼續(xù)經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管續(xù)流，與buck變換器在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)一樣。此時(shí)，加在開(kāi)關(guān)管Q1的電壓為Vin。15

從前面的分析知，forward變換器實(shí)際上是一個(gè)隔離的Buck變換器，其輸入輸出電壓之間的關(guān)系為：

3.

基本關(guān)系式

在forward變換器中，一個(gè)比較重要的概念是：變壓器必須要復(fù)位，否則它的磁通將不斷增加，最后導(dǎo)致磁芯飽和而毀壞。也就是說(shuō)，磁通的增加量應(yīng)該等于磁通的減小量，從前面的分析可以得到：16

3.

基本關(guān)系式的推導(dǎo)17由于，要滿足上式，必須有：

變壓器的引入，不僅實(shí)現(xiàn)了電源側(cè)與負(fù)載側(cè)間的電氣隔離，還可以實(shí)現(xiàn)多路輸出。K13的大小決定最大的占空比D，小于0.5或者大于0.51819

4.多路輸出的正激變換器V1和V3為正電壓；V2為負(fù)電壓1920201.變壓器的等效電路5.正激變換器和反激變換器的比較212.正激變換器中原邊繞組的電流由兩部分組成，一部分是負(fù)載電流分量，它的大小與副邊負(fù)載有關(guān)；當(dāng)副邊電流加大時(shí)，原邊負(fù)載電流分量也增加，以抵消副邊電流的作用。另一部分是勵(lì)磁電流分量，主要產(chǎn)生主磁通，在空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)，該勵(lì)磁分量均不變化。2122反激式變換器工作過(guò)程分兩步：（1）MOS管導(dǎo)通，初級(jí)繞組將電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲(chǔ)起來(lái)；（2）MOS管關(guān)斷，存儲(chǔ)的磁能通過(guò)次級(jí)繞組給電容充電，同時(shí)給負(fù)載供電。正激式變換器工作過(guò)程分兩步：（1）MOS管導(dǎo)通，初級(jí)和副級(jí)繞組同時(shí)工作，將電能傳遞到儲(chǔ)能電感上；（2）MOS管關(guān)斷，副邊（和、原邊）不工作，復(fù)位繞組（復(fù)位二極管）工作，變壓器進(jìn)行磁復(fù)位。3.工作原理的比較：234.正激變壓器不需要儲(chǔ)存能量，但要進(jìn)行磁復(fù)位，由于勵(lì)磁電感儲(chǔ)存了能量，在MOS管關(guān)斷期間，必須釋放完畢；反激變壓器需要儲(chǔ)存能量，原、副邊交替工作。2324任務(wù)二正激式電源電路的分析對(duì)于一個(gè)PWM控制芯片，要掌握以下幾個(gè)知識(shí)要點(diǎn)：1.每個(gè)的引腳的名稱(chēng)；2.每個(gè)引腳的作用，以及它在電路中的連接；3.每個(gè)引腳正常工作電壓的范圍或者正常的波形是什么？4.控制芯片一定是輸出PWM波去控制MOS管，要清楚哪些引腳最容易引起沒(méi)有PWM波的輸出。5.盡量找到芯片的applicationnote（應(yīng)用信息），教我們?nèi)绾畏治鲂酒墓ぷ鞣绞?、與功率電路的連接以及關(guān)鍵元件參數(shù)的計(jì)算。6.弄懂一些簡(jiǎn)單的曲線圖（參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系）比如振蕩頻率與RT、CT之間的關(guān)系。7.會(huì)用示波器去測(cè)試波形，會(huì)根據(jù)波形分析產(chǎn)生的原因，從而找到解決問(wèn)題的辦法。25（一）控制芯片UC3842的介紹（復(fù)習(xí)）UC384X系列的結(jié)構(gòu)框圖2626

PinConnection---引腳分布

Minidip/SO8-----封裝27引腳功能描述1補(bǔ)償誤差放大器的輸出，可用于環(huán)路補(bǔ)償2電壓反饋誤差放大器的反相輸入端，通過(guò)一個(gè)電阻分壓器連接到輸出端3電流取樣一個(gè)正比于電感電流的電壓接至此輸入端，PWM用此信息停止開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通284RT/CT通過(guò)連接RT到Vref和電容CT到地使振蕩器頻率和最大占空比可調(diào)，輸出頻率可達(dá)到500KHz。5地此管腳是控制電路和功率電路公共的地。6輸出輸出可直接驅(qū)動(dòng)功率MOS管的門(mén)極，高達(dá)1A峰值電流經(jīng)過(guò)此管腳拉和灌。7Vcc此引腳是控制IC的正電源（工作電壓）8Vref該管腳是參考輸出（基準(zhǔn)電壓輸出）它通過(guò)RT給CT提供充電電流。2930（二）正激式電源電路的分析帶磁復(fù)位正激式電源電路31

電路工作原理分析電路組成結(jié)構(gòu)：分析電路的基本方法：先從整體上分析電路的結(jié)構(gòu)（說(shuō)清楚具體的結(jié)構(gòu)），再?gòu)木植浚ɑ蚩刂菩酒_的功能）分析每一部分或每個(gè)元件的作用。EMI整流濾波電路、磁復(fù)位正激變換器、輸出檢測(cè)反饋和控制三大部分電路構(gòu)成。

（1）EMI整流濾波電路32NTC抑制浪涌電流（2）磁復(fù)位正激變換電路其中C15、R15構(gòu)成吸收網(wǎng)絡(luò)3334

（3）輸出檢測(cè)、反饋和控制34輸出檢測(cè)、反饋35

（3）輸出檢測(cè)、反饋和控制電路35控制電路（4）其它電路變壓器輔助繞組3、D1和C5、C9給IC1提供工作電壓，整流濾波電壓VC6通過(guò)R4給IC1提供啟動(dòng)電壓。3637任務(wù)三正激式電源電路的制作、調(diào)試和測(cè)試38（1）制作電路板1.根據(jù)電路圖和萬(wàn)能板的大小來(lái)布局和焊接元器件。2.檢查有源器件的方向是否有錯(cuò)誤和電解電容的極性是否接對(duì)了，用萬(wàn)用表測(cè)量輸入和輸出是否有短路的現(xiàn)象和有源器件是否正常。放置元器件時(shí)需注意：先確定輸入和輸出的位置，再放功率電路中的元器件（MOS管，二極管，電感，變壓器和輸出濾波電容等）和控制芯片，再放小的器件（電阻和電容），放元器件也要考慮布線方便和電路中其它特殊的要求。39（2）調(diào)試電路調(diào)試電路就是保證電路中每一部分電路是正常工作的，然后才能在輸入端上電去測(cè)試。根據(jù)前面電路工作原理的分析：電路大致分成三部分：1）EMI整流濾波電路；2）帶磁復(fù)位正激變換器；3）輸出檢測(cè)、反饋和控制電路。40（2）調(diào)試電路1）EMI整流濾波電路在輸入端上電AC30V，測(cè)量C6兩端電壓為：42±3V，如果C6兩端沒(méi)有電壓，檢查共模濾波電感，整流二極管是否接錯(cuò)或損壞，或者其它元器件是否接錯(cuò)或損壞等。41（2）調(diào)試電路（2）調(diào)試電路1）EMI整流濾波電路輸入電壓和C6兩端電壓的波形：42（2）調(diào)試電路2）帶磁復(fù)位正激變換器測(cè)試變壓器的同名端及匝比用萬(wàn)用表測(cè)試MOS管及副邊整流、續(xù)流二極管等是否正常43（2）調(diào)試電路2）帶磁復(fù)位正激變換器測(cè)試變壓器的同名端及匝比（在變壓器制作的過(guò)程中就要測(cè)試，這里再重復(fù)一下。）在變壓器原邊施加一信號(hào)：頻率為10KHz，有效值為3±1V的正弦波。測(cè)得的波形如下：CH1:原邊CH2:副邊44（2）調(diào)試電路3）輸出檢測(cè)、反饋和控制電路控制電路的調(diào)試45（2）調(diào)試電路3）輸出檢測(cè)、反饋和控制電路控制電路的調(diào)試

在二極管D1的陽(yáng)極加16.7±0.5V，用示波器測(cè)量PIN8（Vref），輸出5±2%V，測(cè)量PIN4，輸出三角波，頻率

為65±10%KHz，測(cè)量PIN6，輸出PWM波，頻率為65±