基于PWM反激式开关电源的设计 (1) - 副本 - 副本

1、课 程 设 计课程名称电力电子技术课程设计课题名称PWM单象限降压型DC-DC变换电路设计专 业自动化班 级1391学 号02姓 名李洪波指导老师李翔来2015年12月18日 目 录目 录1 课程设计的目的与意义3 2.1 课程设计的目的3 2.2 课程设计的意义42 课程设计的主要内容43 设计方案6 3.1 设计装置的主要技术数据6 3.2 UC3842组成的反激式电源开关6 3.3 EMI滤波电路8 3.4 整流滤波电路的设计8 3.5 高频变压器的设计8 3.6 控制电路的选择8 3.7 反馈电路的设计8 3.8 保护电路的设计8 3.9 输出整流滤波电路的设计84 参考文献95 心得

2、体会91 课题设计的目的和意义1.1 课题设计的目的电源电压的变换，要有一种基础的技术，使得变换简单，成本低，体积重量小、容易控制输出电压、变换方式等，由此，产生了一种电源变换技术，叫做开关电源技术，最早开始应用也就是上世纪90年代初，这种技术的核心就是先将电压能量统一变成直流，然后切成间隔脉冲，通过脉冲的占空比实现控制能量输出多少，来调节输出电压的目的，由于这种方法去掉了变压器，所以体积减小重量减轻，控制简单。当然，带来的问题是纹波较大（与模拟电源比较大）。1.2 课题设计的意义开关电源具有能耗小、效率高、稳压范围宽、体积小、重量轻等突出优点，在通讯设备、数控装置、仪表仪器、影音设备、家用电

3、器等电子电路中得到了广泛应用。 UC3842是美国Unitrode公司(该公司现已被 TI公司收购)生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF 和IGBT 等功率型半导体器件，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点，广泛应用于计算机、显示器等系统电路中作开关电源驱动器件。 反激式开关电源电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看做是一对相互耦合的电感，其工作过程是：开关开通后，V处于断态，初级绕组的电流线性增长，电感储能增加；开关关断后，初级绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过次级绕组和V向输出端释放. 开关稳压电源被誉为

4、 “新型高效节能电源”，它代表着稳压电源的发展方向。由于内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量极低，电源。效率可以达到80%以上比串连调整 线性稳压电源的效率提高近一倍。随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化方向发展，高效率的开关稳压电源已得到越来越广泛的应用。 2 课题设计的主要内容 (1)、开关电源主电路的设计和参数选择。 (2)、IGBT电流、电压额定的选择。 (3)、开关电源驱动电路的选择。 (4)、开关变压器设计。 (5)、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图。 (6)、电路仿真分析和仿真结果。 3 设计方案3.1 设计装置（或电路）的主要技术数据

5、 图3-1 主要技术数据 1、交流输入电压AC220V。 2、直流输出为两端输出，一端输出直流电压5V，输出电流1A，另外一端输出电压15V，输出电流500mA。 3、要求反馈端接5V电压输出端。 4、输出纹波电压0.2V。 5、输入电压在95270V变化时，输出电压误差0.03V。 3.2 UC3842 组成的反激式开关电源 反激式开关电源电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看做是一对相互耦合的电感，其工作过程是：开关开通后，V处于断态，初级绕组的电流线性增长，电感储能增加；开关关断后，初级绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过次级绕组和V向输出端释放。 图3-2是反激式开关电源原理图，

6、其中的控制芯片采用UC3842。电源的输出电压等级有三种：5 V、12 V、12 V。该电路的变换器是一个降压型开关电路。由单管驱动隔离变压器TC主绕组N1电流，C2、 R3可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、 滤波送负载。芯片所用的电源VCC由R2从整流后电压提供。VCC同时也作为辅助反馈绕组N3的反馈电压。 图3-2反馈比较电路信号是从辅助绕组3经过V1、 V2、 3、 4等整流滤波后得到的VCC分压提取的。6、 7构成信号的有源滤波。开关管电流被10取样后，经9、 7滤波，送芯片ISENSE端，当反馈信号值超过阈值1 V时，确认过载，关断电源输出。芯片输出部分由OUT端驱动单MOSF

7、ET管，8、 V3对开关管有电压钳位作用。 3.3 EMI滤波电路 为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器,典型电路图3-3所示。图中的L、C1和C2用来滤除共模干扰,C3和C4滤除串模干扰。R为泄放电阻,可将C3上积累的电荷泄放掉,避免因电荷积累而影响滤波特性;断电后还能使电源的进线端L、N不带电,保证使 用的安全性。 图3-3 单级EMI滤波器典型电路 3.4 整流滤波电路的设计 在整流滤波环节采取的是单相整流滤波电路，本电路常用于小功率的单相交流输入的场合。目前大量普及的微机、电视机等家电产品中所采用的开关电源中，其整流电路就是单相不可控整流电路。 电容滤波的单

8、相不可控整流电路，在空载时，R=，放电时间常数为无穷大，输出的电压最大，Ud=U2。 在此后的电路中，涉及到选管子，选型号，故此处的电压取最大值，即整流后的值Ud=U2=*220V=310V。3.5 高频变压器的设计 反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数 (1)计算原边绕组流过的峰值电流Ipk。 (2)求出原边绕组的电感值。 (3)求Dmin。 (4)选择磁芯尺寸。 (5)计算气隙长度Ig。 (6)原边绕组匝数计算。 (7)检测磁芯窗口面积。 (8)检测磁芯刺痛密度和饱和区间。 3.6 控制电路的选择 控制电路方面选择UC3842芯片，UC3842是单电源供电，

9、带电流正向补偿，单路调制输出的集成芯片。前面我们已经对UC3842的原理、特点和工作性能进行了详细的介绍，这里着重分析一下参数的选择。 3.7 反馈电路的设计 (1)电压反馈电路 输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到UC3842的脚，调节1、 2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压o升高，则集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流增大，使光电耦合器输出的三极管电流增大，即UC3842的脚对地的分流变大，UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压o减小。同样, 如果输出电压减小，则可通过反馈调节使之升高。 参数计算：分压电阻取27k。 光耦器件选择PC817

10、稳压管选型TL341。 (2)输出电流反馈过流保护电路是由R10、R9以及C9组成。R9上的电压反映了电流瞬时值，当开关电源发生过电流时，开关管S1漏极的电流会增大Ur9会增大，Ur9接入UC3842的保护输入端脚，当Ur9=1V时，UC3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节R10和R9的分压比可以改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期保护比较，属于限流式保护。输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，属于截流式保护。3.8 保护电路的设计 (1)输出过电压保护电路。稳压管VS的击穿电压稍大于输出电压额定值，输出正常时，VS不导通，晶闸管V的门极电压为零，不导通。当输出过压时，VS击穿，V受触

11、发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。 (2) 输入欠压过压保护 当输入过电压时，首先经过C1,C2的滤波再经过R1,R2的分压接入运算放大器的正向输入端，与+5V的基准电压相比较，当输入欠电压时，经过R2,R3的分压，与基准电压相比较，运放输出一个负脉冲，经过与非门，D触发器使脉冲锁存，再经过驱动电阻R4使三极管导通，通电延时的时间继电器开始工作，其常闭触点在主电路中，延时后断开，起到输入欠压过压保护。3.9 输出整流滤波电路设计 图3-4 输出电压经过二极管的半波整流以及LC滤波输出稳定的直流5V1A，15V0.5A 。 参数的计算，二极管承受的反压为输出

12、电压Uo，最大不超过15V，所以二极管选型MBR1625,LC滤波电路L取值为150uH,电容C9=220uF,电容C10=1000uF。4 参考文献1 王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）M.北京：机械工业出版社，20082 方宇等.三相高功率因数电压型PWM整流器建模与仿真J.电工技术学报，2006,21（10）：44-493 张纯江，顾和荣，王宝诚等.基于新型相位幅值控制的三相PWM整流器数学模型J.中国电机工程学报，2003,23（7）：28-314 全安基于UC3842开关电源的分析及应用J辽宁教育行政学院学报，2006，6：133-1345 邱进， 陈轩恕，刘飞，张冰，何妍基于IGBT的电压型逆变器辅助开关电源的设计J电工技术，2008，10：61-62.6 胡君臣 用UC3 842芯片设计开关电源J仪表技术，2005，3：79-80电气信息学院课程设计评分标准环节项目评价优良中