开关电源课程设计.docx

太原理工高校课程设计任务书学生姓名课程名称开关电源技术设计名称反激型开关电源电路设计设计周数2指导老师设计任务主要设计参数1、沟通输入电压单相AC380V,电压波动土50%：2、直流输出电压15V,6A；3、输出纹波电压WO.2V；4、输入电压在190'570V之间波动时,输出电压误差0.02V；5、开关频率100kHzo设计内容设计要求开关电源主电路的设计和参数选择IGBT电流、电压额定的选择开关电源驱动电路的设计开关变压器设计画出完整的主电路原理图和限制电路原理图电路仿真分析和仿真结果主要参考资料1.杨旭等，开关电源技术,机械工业出版社2019年3月2.张占松，蔡宜三。开关电源的原理及设计，电子工业出版社，2019学生提交课程设计说明书一份归档文件指导老师签名:日期:前言随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。反激式开关电源以其设计简洁，体积小巧等优势，广泛应用于小功率场合。开关电源以其小型、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备和系统中，其性能的优劣干脆关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简洁，所须要的元器件少，能够供应多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。本论文依据输入电压经EMI滤波设计整流桥，再及直流变压器开关管构成反激电路。通过输出反馈经UC3842限制占空比，从而使输出电压稳定。反激电路中开关管开通原边线圈储存能量，副边不导通。原边关断时,，线圈储存的能量通过互感向负载供应能量。输出电压反馈由T1.431和光耦构成，当输出稳定时，有一个稳定的电流：当输出电压增大时，T1.431分流增加，发光二极管亮度变更，使三级管电流变更，致使开关管限制导通占空比变更，从而使输出电压减小。另外，芯片UC3842引脚接一电流反馈，通过限制分压值实现截流爱护，防止输出过电流。设计中，直流变压器的设计是重点，须要计算其原边电感，原副边匝数，铁芯的选择，依据这些参数构造电路图，计算各电容电阻值及二极管承受的反压，选择合适的型号。论文先介绍了开关电源及反激式开关电源，然后介绍器件选型，再分部分介绍主电路、限制电路和爱护电路，最终附表为选择时参数参考表和总电路图。书目,-<.-J前后第一度开关电源概述-11.1 开关电源综述11.2 反激式开关电源介绍2其次章总体方案的确定21.1 总体设计思路及框图21.2 仿真原理-3第三章详细电路设计53. IEMI滤波电路53.1 整流滤波电路设计63.2 高频变压器的设计73.3 限制反馈电路的设计153.4 爱护电路的设3.5 输出侧滤波电路设计18第四章电路仿真及结果194. 1EMI滤波电4.1 整流电路214.2 反激型电路-224.3 反馈电路234.4 总电路24心得体会25参考文献26反激型开关电源电路设计第一章开关电源概述1.1开关电源综述电源是各种电子设备不行缺少的组成部分，其性能的优劣干脆关系到电子设备的技术指标及能否平安牢靠的工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。由于开关电源有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽、谑波效率高、滤波电容的容量和体积小的优点，目前已成为稳压电源主流产品。开关电源是由全波整流器，开关管Vi,激励信号，续流二极管VD,储能电感和波波电容组成。其核心部分是一个直流变压器。直流变换器是把直流转换成沟通，然后又把沟通转换成直流的装置。采纳直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不相同的多种直流供电电压。开关电源的缺点是存在较严峻的开关干扰。开关电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的沟通电压和电流通过电路中的其他元件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰假如不实行肯定措施进行抑制、消退和屏蔽，就会严峻的影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器隔离，这些干扰就会串入工频电网，使旁边的其他电子设备、仪器和家用电器受到严峻干扰。依据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛运用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；依据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；图1.1开关电源典型结构当沟通输入电压、负载等变更时，直流输出电压也会变更。这是可以调整逆变器输出的方波脉冲电压的宽度，使直流输入电压保持稳定。1.2反激式开关电源介绍反激式开关电源的典型电路如下图所示。反激，是指当开关管VTI导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1.处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1.截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1.整流和电容C谑波后向负载输出。反激式开关电源以主开关管的周期性导通和关断为主要特征。开关管导通时，变压器次侧线圈内不断储存能量；而开关管关断时，变压器将次侧线圈内储存的电感能量通过整流二极管给负载供电，直到下个脉冲到来，起先新的周期。开关电源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，其功能有：一通过它实现电场-磁场-电场能量的转换，为负载供应稳定的直流电压；二可以实现变压器功能,通过脉冲变压器的初级绕组和多个次级绕组可以输出多路不同的直流电压值，为不同的电路单元供应直流电量；三可以实现传统电源变压器的电隔离作用，将热地及冷地隔离，避开触电事故,保证用户端的平安O图2.2反激型开关电源原理图其次章总体方案的确定2.1 总体设计思路及框图2.1.1 设计总体思路输入一一EMI滤波一整流滤波（也就一般的AC/DC类似全桥整流滤波模块一一DC/DC模块（全桥式DC-AC一高频变压器一高频滤波器一DC,）一输出。系统可以划分为变压器部分、整流滤波部分和DC-DC变换部分，以及负载部分，其中整流滤波和DC-DC变换器构成开关稳压电源。整流电路是直流稳压电路电源的组成部分。整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，所以通常在整流电路后接波波电路以滤去整流输出电压的纹波。直流/直流转换电路,是整个开关稳压电源的核心部分。2.1.2 开关稳压电源的基本原理框图如图2.1所示:为减小体积、降低成本,单片开关电源一般采纳简易式单级EMI滤波器,典型电路如图3.1所示。图3.1EMI滤波器标准的EMI波波器通常由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备（一般来说，就是工频5060Hz或者中频400Hz）,而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感1.）、滤波电容G-U。/.对差模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量快速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会相互加强。1.的电感量及EMI滤波器的额定电流I有关。当额定电流较大时,共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外,适当增加电感量，可改善低频衰减特性。接于相线和中线之间，称为差模电容，接于相线或中线及地之间，称为共模电容。G和G采纳薄膜电容器，容量范围大致是0.010.47"主要用来滤除差模干扰。C,和C跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。a和C,也可并联在输入端，选用陶瓷电容，容量范围是2200/户-0.1“广。为减小漏电流，电容量不得超过0.1“广，并且电容器中点应及大地接通。G-G的耐压值均为63（）VDC或250VAC。R为泄放电阻，可将g上积累的电荷泄放掉,避开因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端不带电，保证运用的平安性。3. 2整流滤波电路设计3.1.1 单相桥式不行控整流电路在整流滤波环节实行的是单相不行控整流波波电路（主要应用于小功率单相沟通输入的场合）。目前大量普及的微机电视机等家电产品所采纳的开关电源中，其整流部分就是单相桥式不行控整流电路，如图3.2所示：图3.2单相桥式不行控整流电路已知输入电压为380V*（1.±50%）,所以输入电压最大值为570V,最小为1901.输出为15V,6A.3.1.2 整流桥输出电压空载时，=8,放电时间常数为无穷大，输出电压最大，Ud=叵UAO重载时，K很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。随负载加重，力渐渐趋近于0.9%.通常在设计时依据负载状况选择电容值，使RByT,7为沟通电源的周期，此时输出电压为勿=1.24。输入整施桥最高承受电压是输入电压为570K时，其峰值为=2x570=806.1OV(3-1)考虑到整流桥须要承受较高的浪涌电压，可以选取该电压的1.5-2倍以上的电压等级，实际可以选取1200T500v电压的整流桥。输入整流桥承受的最大电流出现在输入电压最低时，估弊输出功率为90"'时，效率为90斩则输入功率为100W,输入电压为190V时，输入电流有效值为(3-2)考虑到启动瞬间的浪涌电流，取整流桥的电流容量为2A以上即可。二极管承受的电压：二极管承受的反向电压最大值为变压器二次侧电压最大值即2(,o3.3高频变压器的设计3.3.1计算原边绕组流过的峰值电流1.每一工作周期能量乘上工作频率/为输出功率也(3-3)设为不连续工作模式，在J时间内电流/,为。至则(3-4)因为(3-5)所以(3-6)所以(3-7)化简得：(3-8)为求得，匕应以最小值代入匕gm)=190x5-20=248.70(v)(3-10)式中的20V假设为直流纹波及二极管压降之和。设反激变压器最(3-11)大占空比。”,*40.45,代入式(3-8)得70x045=161(4)3.3.2原边绕组电感值'由式(3-6)得：假设电压匕波动下限为7乐则v,in)=2487×0-Om)=231.291(V)231.29。”)p1.61×1OO×100O(3T3)(3-14)(3-12)3.3.3求Dnin在VW时，有最小占空比。诬。当输入电压匕有最大到最小变更时，占空比有最小到最大。其关系可表为：D=DmA式中1.电压匕威廉'般命；(3-15)最大输入电压匕加7,按匕峰值时向上波动1(n计算，即:(3-16)匕Inw=(270x-15)1.1.=403.52(V)假设直流纹波电压及二极管管压降之和为15V,故上式中减去15Vo(3-17)=1.62匕W248.70代入式(3)得J0.45%"一(45j×1.7(453.3.4选择磁芯尺寸=0.34(3-18)计算磁芯面积乘枳A,。AiP为A.(磁芯窗口面枳)和儿(磁芯有效截面积)的乘积。在厂商资料书目中查出4值。设计者依据要求的限高等尺寸和形态来确定运用哪一种经济的磁芯及其形态和大小。假如原边绕组的线径为乙，带绕组的磁芯所占的&值可按F式计算：