福大电力电子装置课设 uc3842反激电源

1、 电力电子变流装置课程设计学生姓名： xxx 学 号： 011100xxx 专业班级： 电力电子 指导教师： 万蕾迎 二一四 年 5 月 5 日目 录1.课程设计目的22.课程设计题目描述和要求23.课程设计报告内容34.结论141. 课程设计目的本次课程设计通过设计一个完整的反激变换器达到以下目的：1) 在学习完电力电子变流装置课程，对常见的DC/DC变换器的主拓扑结构及变换器的控制方式有了充分的了解基础上，通过课程设计进一步加深对上课内容的了解，把课堂上学到的知识运用到实际的设计中；2) 通过本次设计学会正激变换器主电路元器件参数的确定，包括变压器磁芯的选取、绕组匝数的计算、滤波电感的选取

2、、滤波电容的选取等；3) 学会如何分析一个电路的稳定性，以及在电路不稳定的情况下借助软件通过设计合理反馈不仅使电路性能达到要求并且使性能有所提高；4) 培养进行电力电子装置电路的分析与设计能力，具备综合运用所学的基本理论和只是解决工程实际问题的能力，提高自己的专业素质能力；2.课程设计题目描述和要求性能指标：1、输入电压：AC85V-265V2、输出 1路：输出电压：DC5V，输出电流：1A 2路：输出电压：DC12V， 输出电流：3A3、输出文波电压：100mv 要求：1、熟悉高频开关电源的构成，工程原理及其工程设计方法；2、 确定设计任务书中要求的开关电源的具体电路拓扑及控制策略，完成开关

3、电源主电路、控制电路的设计； 3、对设计的开关电源电路进行仿真，得到相应的仿真结果； 4、撰写课程设计报告书； 5、独立完成课程设计； 设计计划 课程设计共1周。  第1天：选题，查资料；  第25天：开关电源的设计；  第67天：编写整理设计说明书。 3.课程设计报告内容3.1.1原理框图两路输出的功率分别为5W和36W的电路，考虑电路效率为0.8，总输入功率为51.25W，故主电路选择电路结构简单的反激电路，原理框图如下所示：输入滤波电路主电路输出滤波PWM控制电路电压反馈电路图1 系统原理框图3.1.2主电路原理的分析 单端反激电路工作过程如下：当导通时，它

4、在变压器初级电感线圈中存储能量，与变压器次级相连的二极管VD处于反向偏置状态，所以二极管VD截止，在变压器次级无电流流过，即没有能量传递给负载；当截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转，使VD导通，给输出电容C充电，同时负载R上也有电流I流过。图2 反激式变换器工作原理及波形图 32电路设计与参数计算3.2.1参数设计 本次设计选定开关频率，则，电源的效率，最大占空比。3.2.2确定设计反激式变压器有关参数（1）计算原边绕组流过的峰值电流 (式中假设直流纹波及二极管压降之和为20V) 则: (2)计算原边绕组的电感值假设电压波动下限为7%（即留有裕量），则： （3）计算最小占空比 按峰值时

5、向上波动10%计算，即： 则：电压的波动范围 则：最小占空比（4）选择磁芯尺寸 计算磁芯面积乘积AP。AP为Aw（磁芯窗口面积）和Ae（磁芯有效截面积）的乘积。在产品目录中查出AP值。根据要求的限高等尺寸和形状来决定使用那一种经济的磁芯及其形状和大小。 假设原边绕组的线径为，带绕组的磁芯所占的AP值为，可按下 式计算： 式中，表明工作磁感应强度变化值取饱和值的一半。查资料可得，EE型式的磁芯，100时，=1950Gs假设电流线密度为，则通过0.69A电流时需要的圆密耳为： 0.69A×=276 由附录一可得：选取NO.25AWG，其直径最大为0.0203英寸。所以 ，则 由于占窗口大

6、部分面积的是副边绕组（电流大，导线多股）和绝缘材料，故一般只为AP的（1/41/3）,取，所以 由TDK部分产品目录（附录二）可查得EE30/30/7的磁芯与线圈骨架乘积为： 因为即，所以选此型号磁芯与线圈骨架合适。（5）计算气隙长度由于反激工作模式是单向激磁，为防止磁饱和，应加气隙（体积为）。 因此，应在磁芯中心柱打磨出气隙0.03716cm，或在磁芯两外侧磁芯柱各打磨出0.01858cm，在这个基础上再进行调整。也可以选取已有气隙相近的磁芯，并直接进行调整。（6）计算原边绕组匝数，取84匝。（7）计算副边绕组匝数 由得， ，取3匝；，取7匝；辅助电路输出的电压为10-34v，取18V，则，

7、取10匝。（8）副边绕组的线径 按考虑，通过1A需要： 参见附录一选AWG NO24导线，其圆密耳为404。 通过2A需要：， 参见附录一选AWG NO21导线，其圆密耳为812。（9）计算副边绕组的电感值 由 得二次侧绕组电感值为： ； 3.2.3主电路的设计3.2.3.1主开关管的选取（1）承受的最大电压： 反激变换器中的晶体管必须按关断时的最高集电极电压和导通时的最大集电极尖峰电流来选择，关断时晶体管承受的最高集电极电压为：V取600V。（2）额定平均电流： 输入功率为 最大输入平均电流 对于反激式变换器，选择开关管的额定平均电流时，一般取最大输入平均电流的1.5倍。本设计主开关管信号采

8、用IRFBC20（600V,2.5A）3.2.2.2整流二极管的选取（1）承受的最大电流为 o s p sk max （2）承受的最大反压为：3.2.2.3整流滤波电容的选择 最大的输入电功率 整流电路滤波电容的设计根据整流输出功率与滤波电容的比例系数（选 2.0uF/W）计算，即: 为了抑制电流冲击，常在直流侧串入较小的电感或者是负温度系数的热敏电阻。3.2.2.3输出滤波电容的选择 输出滤波电容的值可以用下式确定： 所选择的输出滤波电容比计算值大就可以了。3.2.3.3输出整流管的选择（1）1路输出整流管的选择 当整流管截止时，承受的电压为： 流过整流的平均电流为： 综上，可选择肖特基二极

9、管STPS20L60CT（2）2路输出整流管的选择 当整流管截止时，承受的电压为： 流过整流的平均电流为： 综上，可选择肖特基二极管MBR20100CT3.2.3.4缓冲电路的设计（1）设计并联在开关管两端的吸收电路 1、电容值：其中是集电极电流的下降时间，取 2、缓冲器放电电阻 按在最小导通时间里电容能充分放电来选择，则（2）设计并联在一次绕组两端的RCD钳位电路 RCD钳位电路的工作原理是：当开关管导通时，能量存储在和漏感中，当开关管关闭时，中的能量将转移到副边输出,但漏感中的能量将不会传递到副边。如果没有RCD钳位电路， 中的能量将会在开关管关断瞬间转移到开关管的漏源极间电容和电路中的其

10、它杂散电容中，此时开关管的漏极将会承受较高的开关应力。若加上RCD 钳位电路，中的大部分能量将在开关管关断瞬间转移到钳位电路的钳位电容上，然后这部分能量被钳位电阻消耗。这样就大大减少了开关管的电压应力。具体钳位电路计算如下：(为原边与副边绕组一的匝比）对整个周期RC的放电过程分析，有根据能量关系有根据经验，变压器的漏感能控制在初级电感量2%左右，所以在此取28.2uH电阻的必须选用功率电阻，由下式决定，解得R=144C=0.14nF,二极管可选用快恢复二极管FR107。3.2.4 UC3842控制电路的设计（1）UC3842的芯片原理和引脚功能介绍UC3842 是一种高性能的固定频率电流型脉宽

11、集成控制芯片,是专为离线式直流变换电路设计的。其主要优点是电压调整率可达0. 01 %,工作频率高达500 kHz ,启动电流小于1 mA ,外围元件少。它适用于2080 W的小功率开关电源。其工作温度为070 ,最高输入电压为30 V ,最大输出电流为1 A ,能驱动双极型功率管或MOS 管。UC3842采用DIP - 8 封装,其内部结构框图如下图所示： UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差

12、电压，从而控制脉冲宽度；脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT)；脚为公共地端；脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A ；脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。输出电压将决定变压器的变压比。使输出端关闭的方法有：1)将3脚电压升高到1V以上；2)将1脚电压降低到1V以下。均能使电流测定比较器输出高电平，PWM锁存器复位，关闭输出端。（2） 计算

13、电流反馈电阻（电流检测输入端的电阻） ，取2 （3）振荡器外部电路 荡器频率由RT、CT设定，脚4、8间接RT，脚4、5间接CT，脚8是VREF=5V，因此，5V基准源经RT向CT电容充电。充放电时间分别为tc和td，频率 忽略td，则 ，取 则取 3.2.5电压反馈电路设计反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图5所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。当输出电压升高时，取样电压VR5也随之升高，设定电压大于基准电压(TL43

14、1的基准电压为2.5V)，使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。取R5=10，则 (2.5V为TL431的基准电压)3.3仿真电路和仿真图3.3.1仿真电路 图一、开环仿真 图二、加入UC3842反馈调节后仿真电路图3.3.2仿真图Ui=180V(1) 开环时的输出波形如下（2）加入UC3842反馈调节后的电压波形如下： Ui=250V（1） 开环时的输出波形如下：（2）加入UC3842反馈调节后的电压波形如下：4.课程设计总结 本课程设计了一个反激式开关稳压电源，虽然只是基本达到了题目的性能指标要求。但是通过此次课程设计，我对电力电子变流装置所学内容有了更加深入的了解，更加重要的是，一些课堂上感觉比较抽象的知识在此次做开关电源的过程中都得到了进一步的了解，也将书本的理论知识初步应用到实际中，锻炼了自己的实践能力。另外，我还认识到在平时的学习中要多注意知识的扩展，以免“书到用时方恨少”。最后，在遇到不会的问题时要主动向同学、老师请求帮助，认真