基于uc3842的反激式開關(guān)電源的設(shè)計word格式源文件-文庫吧
2025-10-14 21:45 本頁面
【正文】 反激式 開關(guān)電源設(shè)計 為什么要有開關(guān)電源？ 電源的優(yōu)劣直接影響到各類電子設(shè)備的性能。電源可分為三類 : 直流電源、交流電源和特種電源。而開關(guān)電源是直流電源中的一種。 假如現(xiàn)有一用電設(shè)備其額定電壓為 5V , 而我們只有一 50V 的直流電源。要讓電源給負載供電時可采用兩種方法見圖 圖 2: 圖 1 通過串聯(lián)可調(diào)電阻的方法來實現(xiàn)在負載上獲得 5V 的直流電壓； 圖 2 通過開關(guān)的通斷使負載上獲得平均電壓為 5V 的直流電壓。圖 2 中 , 當開關(guān)合上時 , 負載上瞬時電壓大小為 50V , 開關(guān)斷開時負載上的瞬時電壓為0V。 我們設(shè)開關(guān) 周期為 T , 通過某種方法，在一個周期內(nèi)讓開關(guān)合上 T/ 10, 斷開 9T/10, 這樣用方法 2 獲得的平均電壓即為所需大小的電壓。兩種方法中方法 1 效率只有 10%, 而方法 2 理想情況下效率為 100%，方法 2 的 效率遠遠高于方法 1。方法 1 就是線性電源的實質(zhì)，而方法 2 就是開關(guān)電源的實質(zhì)，我們的目的就是研究和實現(xiàn)這種“開關(guān)”的方法。 從以上分析可以看出 , 開關(guān)電源相對于線性電源來說 , 顯著的優(yōu)點就是效率高。 我們可以讓功率器件工作于開關(guān)狀態(tài) , 這樣的話功耗就小 , 因而開湖北師范學院 2020 屆物理與電子科學學院學士學位論文 3 關(guān)源可對市電進行直接整流、濾波、調(diào)整后通過功 率開關(guān)管進行調(diào)整 , 不需工頻變壓器 。 隔離式的 DC/ DC 變換器使用變壓器時 , 由于功率開關(guān)管開關(guān)頻率高 , 所用變壓器為高頻變壓器 , 功率相同的前提下 ,高頻變壓器比工頻變壓器要輕小很多 。 同時功率器件功率小 , 所需的散熱器件也小 。 此外功率開關(guān)管開關(guān)頻率高 , 所需的電感電容數(shù)值較小 。 所以開關(guān)電源相對于線性電源來說效率高、體積小、重量輕 , 這在很多場合下更符合人們對便攜式的需求。 開關(guān)電源背景 在 電力電子技術(shù)高速發(fā)展 的時代 ，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源， 進入 80 年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制 (PWM)控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高 于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 目前 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。 湖北師范學院 2020 屆物理與電子科學學院學士學位論文 4 反激式開關(guān)電源的核心原理說明 工作原理： 假定開關(guān)晶體管、二極管均是理想元件，電感、電容是理想元件 ，輸出電壓中的紋波電壓與輸入電壓的比值小到允許忽略。 圖 211 反激式開關(guān)變換器原理圖 當 PWM 控制的 N_MOSFET 管導通時，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)，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 PWM 控制的 N_MOSFET 管截止時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使 VD 導通，給輸出電容 C 充電，同時負載 R 上也有電流 I 流過，變壓器在電路中既起著變壓器的作用，又起著電感 儲能 的作用。 圖 212 開關(guān)管導通與截止的等效電 路圖 當反激式變換器原邊開關(guān)管導通時，變壓器原邊繞組的作用相當于一個電感，電壓加在原邊電感上，開關(guān)導通期間，原邊電流持續(xù)上升。 湖北師范學院 2020 屆物理與電子科學學院學士學位論文 5 Lf DCVL TDCVtLVI onpk ??????? () 這里， DC(Duty Cycle)是占空比， f(frequency)是開關(guān)頻率， T=1/f 是開關(guān)周期， L 為勵磁電感， 此方程適用于 變換器工作于 電流 DCM(斷續(xù)模式 )的反激式變壓器，開關(guān)管導通期間原邊電流波形如圖 213 所示。 圖 213 斷續(xù)模式下反激式變壓器的電流波形 由電路分析中 電感 存儲 能量公式得到 ： )(21)()()()(200000tLitEL id itEdddiLitEtEtt???????? ?? () 式中 i(t)表示 t 時刻電感中的瞬時電流值， L 為電感的電感值。 E 的單位為焦耳， L 的單位為亨利， i 的單位為安培。 當初始儲能為零時： )(21)( 2 tLitE ? （ ） 設(shè)電流的峰值大小為pkI， 由上式 ()可知，反激式變壓器每次儲存的能量取決于峰值電流的大?。? 湖北師范學院 2020 屆物理與電子科學學院學士學位論文 6 221pkLIE ? () 將 ()式代入 ()式， 得 LfDCVLf DCVLLIE pk 222222)(2121 ????? () 因此在 理想條件下變壓器傳輸功率 即 為： fLDCVEfP 222?? () 又因為 TtDC on? , 代入上式，可以得到： LtVfffLtVTtfLVfLDCVP ononon 2 )(2)(2222222222 ?????? （ ） 從式（ ）可以看出，只要反饋環(huán)保持 ontV? 恒定，即可保持輸出電壓恒定；另外從公式可以知道，當 ontV? 恒定 ，如果要提高輸出功率 ， 那么只有通過 提高 開關(guān)頻率或者減小電感量來實現(xiàn)。對于開關(guān)頻率不變的電路中，由于實際的電感都有一個最小值，所以斷續(xù)模式反激式變換器是有最大輸出功率的限制 (通常為 50W~150W)。
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