【正文】 (211) 由上面的公式可得: (212) 式中是開關(guān)導(dǎo)通時間，是開關(guān)截止時間；T是開關(guān)管工作周期，D是占空比。經(jīng)過時間以后，控制信號使Q1截止，L1中的電流減小，L1中儲存的磁場能量便通過續(xù)流二極管D1傳遞給負載。由boost電路最為顯著的特點可以知道，boost電路只適用于升壓電路。由于占空比D總是小于1，總是大于。所以，如果在導(dǎo)通期間內(nèi)存的能量要在期間釋放出來，那么，L1上的脈沖必定比較高的。 boost電路圖 21 boost電路 boost電路的工作原理 Boost電路（圖 21）即為升壓斬波電路，當V1導(dǎo)通時，能量從輸入電源流入，并儲存于電感中，由于Q1導(dǎo)通期間正向飽和管壓降很小，所以這時二極管D1反偏，負載由濾波電容C供給能量，將C1中儲存的電能釋放給負載。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。 過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設(shè)計的額定值而造成電源損壞的電路。通常是以MV度量。條件是負載和周圍的溫度保持恒定。為了防止不必要的功率損耗，在設(shè)計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比?，F(xiàn)在國外已開發(fā)出設(shè)計DCDC開關(guān)變換器的專家系統(tǒng)和仿真用MATSPICE軟件。各種模型差別很大，因此建模的發(fā)展方向應(yīng)當是：數(shù)字模擬混合建模；混合層次建模；以及將各種模型組成一個統(tǒng)一的多層次模型（類似一個電路模型，有方塊圖等）；自動生成模型，使仿真軟件具有自動建模功能，以節(jié)約用戶時間。如：典型電路與系統(tǒng)的近場、傳導(dǎo)干擾和輻射干擾建模；印制電路板和開關(guān)電源EMC優(yōu)化設(shè)計軟件；低中頻、超音頻及高頻強磁場對人體健康的影響；大功率開關(guān)電源EMC測量方法的研究等。不但嚴重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。例如一種隔離式S4PF校正AC/DC變換器，前置功率因數(shù)校正器用DCM運行的Boost變換器，后置電壓調(diào)節(jié)器主電路為反激變換器，按CCM或DCM運行；兩級電路合用一個主開關(guān)管。F新型固體鉭電容，其ESR有顯著下降。磁電混合集成還包括利用電感箔式繞組層間分布電容實現(xiàn)磁元件與電容混合集成等。m超薄鈷基非晶態(tài)磁帶，1MHz（Bm=）時，~1W/cm3，是MHz高頻鐵氧體的1/3~1/4。高頻磁技術(shù)理論作為學(xué)科前沿問題，仍受到人們的廣泛重視，如：磁芯損耗的數(shù)學(xué)建模，磁滯回線的仿真建模，高頻磁元件的計算機仿真建模和CAD、高頻變壓器一維和二維仿真模型等。（SiC）功率半導(dǎo)體器件 可以預(yù)見，碳化硅將是21世紀最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料，其優(yōu)點是：禁帶寬，工作溫度高（可達600℃），通態(tài)電阻小，導(dǎo)熱性能好，漏電流極小，PN結(jié)耐壓高等。反激式電源因其結(jié)構(gòu)簡單，省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應(yīng)用。 正激和反激電路各有其特點，在設(shè)計電路的過程中為達到最優(yōu)性價比，可以靈活運用。原邊截止時，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管多，雙管的不常見。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，工作在高頻的開關(guān)電源己經(jīng)廣泛應(yīng)用于電氣和電子設(shè)備的各個領(lǐng)域。20世紀60年代末，垂直導(dǎo)電的高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管(亦稱巨型晶體管、BJT、GTR)的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世。這樣，當輸入電壓發(fā)生變化，或負載變化引起電源的輸出電壓變化時，就可以通過改變穩(wěn)壓調(diào)整管的管壓降來使輸出電壓穩(wěn)定。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書反激式開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計目錄第一章 緒論 3 課題背景及選題意義 3 反激式開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3（SiC）功率半導(dǎo)體器件 4 高頻磁技術(shù) 4 4 功率因數(shù)校正ACDC開關(guān)變換技術(shù) 4 高頻開關(guān)電源的電磁兼容研究 4 開關(guān)電源的設(shè)計、測試技術(shù) 5第二章 反激式開關(guān)電源的理論基礎(chǔ) 5 開關(guān)電源基本知識 5 6 boost電路 6 boost電路的工作原理 7 boost電路特點： 8 buck電路 8 buck電路的工作原理 8 buck電路的特點 9 buckboost電路 9 buckboost電路的工作原理 10 12 12 拓撲結(jié)構(gòu)的對比分析 13 拓撲結(jié)構(gòu)選擇 13 反激電路 14 反激電路的工作原理 14 15 本章小結(jié) 15第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 16 反激式開關(guān)電源的框圖設(shè)計 16 17 輸入電路的設(shè)計 17 輸入保護器件 17 輸入整流部分 18 共模電感和輸入濾波電容的選取 19 20 21 21 本章小結(jié) 26第四章 反激式開關(guān)電源控制電路和輔助電路設(shè)計 27 UC3845的原理及技術(shù)參數(shù) 27 UC3845的原理及特點參數(shù) 27 引腳及引腳功能 28 UC3845的工作原理的介紹 29 UC3845常用的電壓反饋電路的選用 30 30 31 33第五章 仿真電路的搭建與Multisim仿真 33 33 Multisim功能簡介 33 簡明教程 34 元器件的操作 35 電路圖選項的設(shè)置 36 導(dǎo)線的操作 36 輸入/輸出端 37 37圖54 Multisim中仿真電路圖 37 37 本章小結(jié) 40第六章 總結(jié)與展望 40致 謝 41參考文獻 42第一章 緒論 課題背景及選題意義 開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。為了使穩(wěn)壓調(diào)整管可以發(fā)揮足夠的調(diào)節(jié)作用，穩(wěn)壓調(diào)整管必須工作在線性放大狀態(tài)，且保持一定的管壓降。但當開關(guān)頻率達到10KHZ左右時，變壓器、電感等磁性元件發(fā)出很刺耳的噪聲，給工作和生產(chǎn)造成了很大噪聲污染。開關(guān)電源設(shè)計的目的是通過能量處理將輸入能量變化為所需要的能量輸出，通常的形式是產(chǎn)生一個符合要求的輸出電壓，這個輸出電壓的值不能受輸入電壓或者負載電流的影響。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時副邊感應(yīng)出對應(yīng)電壓輸出到負載，能量通過變壓器直接傳遞。一般在小功率場合可選用反激式。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦，輸出功率超過100瓦就沒有優(yōu)勢，實現(xiàn)起來有難度。 高頻磁技術(shù) 高頻開關(guān)變換器中用了多種磁元件，有許多基本問題要研究。有待研究的問題還有：高頻磁元件的設(shè)計決定了高效率開關(guān)電源的性能、損耗分布和波形等，人們希望給出設(shè)計準則、方法、磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)與電路性能的依賴關(guān)系，明確設(shè)計的自由度與約束條件等。納米結(jié)晶軟磁薄膜也在研究。 研究開發(fā)適合于功率電源系統(tǒng)用的新型電容器和超級大電容。 功率因數(shù)校正ACDC開關(guān)變換技術(shù)一般高功率因數(shù)ACDC電源由兩級組成：在DCDC變換器前加一級前置功率因數(shù)校正器，至少需要兩個主開關(guān)管和兩套控制驅(qū)動電路。 高頻開關(guān)電源的電磁兼容研究 高頻開關(guān)電源的電磁兼容問題有特殊性。同時，開關(guān)電源內(nèi)部的控制電路也必須能承受主電路及工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場電磁噪聲的干擾。 開關(guān)電源的設(shè)計、測試技術(shù) 建模、仿真和CAD是一種新的、方便且節(jié)省的設(shè)計工具。在此基礎(chǔ)上，可建立模型庫。此外，開關(guān)電源的熱測試、EMI測試、可靠性測試等技術(shù)的開發(fā)、研究與應(yīng)用也是應(yīng)大力發(fā)展的。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。 輸出電壓保持時間：在開關(guān)電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓。 負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。 遠程檢測：電壓檢測的一種方法。 電磁干擾—無線頻率干擾(EMI RFl )：即那些由開關(guān)電源的開關(guān)元件引起的，不希望傳遞和發(fā)射的高頻能量頻譜。當截止時，電感中電流不能突變，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢阻止電流減小，感應(yīng)電勢的極性為下正上負，二極管D1導(dǎo)通，電感中儲存的能量經(jīng)二極管D1，流入電容C1，并供給負載R。假定開關(guān)無損耗，并聯(lián)變換器電路在輸入電壓V1和輸入電流I1，能在較低的輸出電流I1下，輸出較高的電壓。Boost電路能將電壓升高的原因是電感L1儲能之后具有使電壓泵升的作用，而電容C能將輸出電壓保持住。 buck電路圖 22 buck電路 buck電路的工作原理 Buck電路（圖22）即為降壓斬波電路。當負載電壓低于電容C兩端的電壓時，C便向負載放電。由上式可知，輸出電壓越大開關(guān)管的占空比D=成正比，所以通過改變開關(guān)管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。Buck電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個第二級的電壓調(diào)節(jié)器，雖然buck電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總是斷續(xù)的。當開關(guān)管Q受控制電路的脈沖信號觸發(fā)而導(dǎo)通時，輸入直流電壓V1全部加于儲能電感L的兩端，感應(yīng)電勢的極性為上正下負，二極管D反向偏置截止，儲能電感L將電能變換成磁能儲存起來。此后，又重復(fù)上述過程。 (213) (214)式(214)中是Q導(dǎo)通前流過L的電流。圖24 buckboost電路波形圖 （1）升壓或降壓：輸入電壓總是比輸出電壓高或低嗎，如果不是就不能選擇buck變換器或boost變換器。 （4）是否需要隔離：考慮電壓的高低，如果需要隔離就需要變壓器。 （8）是否能夠同步整流：同步整流不管負載大小如何，都可以是變換器工作于電流連續(xù)模式。 Boost電路一個周期時間內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時，電壓加于電感上，電流以某一斜率上升，并將能量儲存在電感中，當開關(guān)關(guān)斷時，電流講過二極管流向輸出電容和負載。正激式變換器的變壓器不能存儲能量，因此不像反激式變換器那樣有功率上的限制，變換器只有一個電感，用來平滑輸出電容上的電流，正激式變換器可以做到500W甚至更大，這對MOSFET的要求比較高。這種電阻可以工作于電流模式，也可以工作于電流斷續(xù)模式，而且反激式變換器最常見的工作模式是電流斷續(xù)模式。從實練室現(xiàn)有的材料，我準備采用UC3845芯片，反激式的輸出是5V,正好符合輸出的要求。在VT截止期間，由于副邊極性翻轉(zhuǎn)式VD2導(dǎo)通，T在VT導(dǎo)通期間所存儲的磁能轉(zhuǎn)成電能而釋放，供給負載。 輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系： (225) 在VT導(dǎo)通期間，VD2反偏；在VT截止時，VD2正偏，供給負載功率；VT集電極承受的最大電壓值 ；另外電路的利用率不高，一般用在小功率輸出場合。其主電路主要包括：輸入整流濾波電路，開關(guān)元件，變壓器，輸出濾波電路，控制電路等等。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠。 電網(wǎng)提供的交流電一般為220V（或380V）。 PWM 控制器是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制, 使輸出一系列幅值相等而脈寬不相等的脈沖, 用這些脈沖代替正弦波或所需的波形。 圖31 隔離反激式開關(guān)電源的方框圖 設(shè)計思路： (1)設(shè)計一個整流濾波器和DC/DC變換器之間加入了功率因數(shù)校正電路。要解決開關(guān)電源的電磁兼容性問題，可從三個方面入手：第一，減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號；第二，切斷騷擾信號的傳播途徑；第三，增強受騷擾體的抗騷擾能力。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的E5R值。 電阻—雙向可控硅技術(shù)：采用此項浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把NTc(負溫度系數(shù))的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。由于熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。當輸入端接通電源時，對于沒有PFC 功能的電路，輸入濾波大電容將造成輸入端出現(xiàn)大的浪涌電流，接入NTC 后，由于啟動瞬間NTC 溫度較低，阻值較大，有效抑制了浪涌電流。 輸入整流部分圖33 整流濾波電路 市電輸入一般為50Hz 或60Hz 的工頻信號，輸入整流二極管一般為高壓PiN 二極管，因此二極管的功耗主要是導(dǎo)通損耗。在實際應(yīng)用中，為了安全起見，一般選擇最大方向工作電壓為市電最高輸入電壓2 倍的二極管。對于共模濾波器電感，電感量在幾mH 到幾十mH，一般情況下，功率越大時，共模電感的電感量越小。從上面的計算可以看出，變換器輸入直流電壓的波動正比于輸入功率，反比于輸入電容容量。所使用的開關(guān)晶體管必須符合兩個條件，即在晶體管截止時，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時，要能承受集電極的尖峰電流。在實際設(shè)計時，這樣它就限制了集電極峰值電壓。 略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表達的晶體管工作電流的公式為