【文章內(nèi)容簡介】 出電壓，即濾波電容兩端的電壓基本維持恒定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。 （ 2）特點：電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，低耗，輸出功率為 20－ 100Ｗ，可以同時輸出不同的電壓，有較好的電壓調(diào)整率，但是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 單端正激式開關(guān)電源變換器電路： 單端正激式變換器電路如圖 22 所示： 圖 22 單端正激式開關(guān)電源變換器電路 （ 1）工作原理： 當開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時，原邊繞組接向電源 Ui，以同名的工作關(guān)系， VD2 也導(dǎo)通，這時復(fù)變繞組 能量傳遞到輸出端，同時濾波電感Ｌ儲存能量；當開關(guān)管 VT1 截止時，電感Ｌ通過續(xù)流二極管 VD3 繼續(xù)向負載釋放能量，繼續(xù)對負載 RL 供電。 注：由于正激變換器的隔離元件 T1 純粹是個變壓器，因此輸出端要加一個電感器 L作為能量的儲藏及傳遞元件。變壓器的另一個繞組與 VD1 串聯(lián)后接到 Ui，主要起去磁復(fù)位的作用。 （ 2）特點：輸出功率范圍大，可輸出 50－ 200 Ｗ的功率，但變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，正因為這個原因，這種電路的實際應(yīng)用較少。 自激式開關(guān)電源變換器電路 自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源變換器如圖 24 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 圖 24 自激式開關(guān)電源變換器電路 （ 1）工作原理： 當接入電源后在 R1 給開關(guān)管 VT1 提供啟動電流，使 VT1 開始導(dǎo)通，其集電極電流Ic 在 L1 中線性增長，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為正，發(fā)射極為負的正反饋電壓，使VT1 很快飽和。與此同時，感應(yīng)電壓給 C1 充電，隨著 C1 充電電壓的增高， VT1 基極電位逐漸變低，致使 VT1 退出飽和區(qū)， Ic 開始減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時二極管 VD1 導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負載。在 VT1 截止時， L2 中沒有感 應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng) R1 給C1 反向充電，逐漸提高 VT1 基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器Ｔ的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。 （ 2）特點：自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點。 推挽式開關(guān)變換器 推挽式開關(guān)電源變換器電路如圖 25 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 圖 25 推挽式開關(guān)電源變換器 （ 1）工作原理： 兩個開關(guān)管在外激 勵方波信號的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸? （ 2）特點： 兩個開關(guān)管容易驅(qū)動，但是開關(guān)管的耐壓達到兩倍電壓峰值，對器件的耐壓要求較高。 半橋式開關(guān)電源變換器 半橋式開關(guān)電源變換器原理圖如圖六所示： 圖 26 半橋式開關(guān)電源變換器 工作原理： 穩(wěn)態(tài)條件下， C1=C2， Tr1 導(dǎo)通， C1 上的 1/2Vs 加在原邊線圈上， Tr1 流過負載電流Io 折算至原邊電流加上磁化電流，經(jīng)過占空比所定的時間后， Tr1 關(guān)斷。此時，由于原河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 邊繞組和漏電感的作用，電流續(xù)流 流入原邊繞組黑點標示端。但 B 點擺動到負電位（ A為 0 電位）。如果原邊繞組漏電感儲存能量足夠大，二極管 D4 將導(dǎo)通，鉗位電壓進一步變負。 D4 導(dǎo)通的過程，把反激能量再生，對 C2 進行充電。如果 Tr2 加有導(dǎo)通脈沖， Tr2導(dǎo)通，原邊繞組黑點處變?yōu)樨摗?Io 折算電流加上磁化電流，經(jīng)原邊繞組和 Tr2，然后重復(fù)以前的過程。 當 Tr1 導(dǎo)通時 ， 副邊繞組電壓使 D1 導(dǎo)通 ， 電流通過二極管 D電感 L、負載 R 構(gòu)成回路，當 Tr1 關(guān)斷 ， 兩個繞組電壓變?yōu)榱恪?Tr2 導(dǎo)通時， D2 導(dǎo)通，負載上的電流與電壓方向沒有發(fā)生改變，由此形成的方波電壓，經(jīng)過 D 和 C3 構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓 Vo 。 特點：晶閘管導(dǎo)通時，繞組電壓為電源電壓一半，關(guān)閉后開關(guān)管承受一半的電壓，但會出現(xiàn)偏磁現(xiàn)象，控制較為復(fù)雜。同時， 因為高頻變壓器上施加的電壓幅值只有輸入電壓的一半，與推挽式電路相比，欲輸出相同的功率，則開關(guān)晶體管必須流過 2 倍的電流 。 方案的設(shè)計選擇 電源設(shè)計指標 本設(shè)計電源設(shè)計參數(shù)如下： 輸入電壓： AC220V； 輸入電壓變化的范圍： 120v~240v； 輸入頻率： 50HZ； 輸出電壓： 24v； 輸出電流： 5A； 輸出效率按 80%計算； 電源設(shè) 計方案選擇 綜合以上開關(guān)電源變換器的拓撲結(jié)構(gòu)和特點可知： 單端正激開關(guān)電源由于變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞制方法困難，并且變壓器體積較大， 每組輸出都需要額外加一個大的電感組成 LC 濾波來消除紋波 ，在開關(guān)電源設(shè)計中很少運用，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 12 所以本次設(shè)計不采用該拓撲結(jié)構(gòu)。自激式開光電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是設(shè)計過程中涉及自激振蕩電路，脈沖寬度調(diào)制的控制系統(tǒng)，取樣系統(tǒng)等，電路參數(shù)難易確定。推挽式開關(guān)電源 兩個開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍。因此，推挽式開關(guān)電源在 220V 交流供電設(shè)備中很少使用 。而半橋式變換器雖然初級繞組只用一個， 結(jié)構(gòu)簡單，但是兩個開關(guān)管可能會出現(xiàn)同時導(dǎo)通的狀態(tài)，并且電源利用率比較低，這里也不選用此變換器。 又根據(jù)電源設(shè)計指標可得： 輸出功率： P=U*I=24V*5A=120W；（ 0~150w）屬于小型開關(guān)電源類型，這里選擇單端反激式拓撲結(jié)構(gòu)，主電路結(jié)構(gòu)簡單，易控制，采用 UC3842 做主回路的主控芯片產(chǎn)生PWM 控制開關(guān)管。由于開關(guān)電源的體積的大小很大一部分取決于開關(guān)頻率，開關(guān)頻率越大，所用的電容和變壓器體積越小， UC3842 的開關(guān)頻率選擇 100k。由于此次設(shè)計電路元件不完全是按照計算出的數(shù)據(jù)，電路保護模塊添加單片機 AD 模塊，檢測保護電路電壓，反饋主控芯片或直接將掉電、報警等保護方式。 第三章 開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計 開關(guān)電源主電路設(shè)計 輸入濾波電路的設(shè)計 隨著電子設(shè)備、計算機和家用電器的大量涌現(xiàn)，電磁干擾成為一種公害，這種干擾可能導(dǎo)致電子設(shè)備無法正常工作，特別是瞬間電磁干擾，其電壓幅度高、上升速率快、持續(xù)時間短、隨機性強容易對數(shù)字電路產(chǎn)生嚴重干擾，這引起國內(nèi)外電子界的高度重視。 （ 1）電磁干擾濾波器的設(shè)計，如圖 31 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 圖 31 電磁干擾濾波器 以上電路是簡易 EMI 濾波電路，電路中包含共模扼流圈（或 共模電感） L，濾波電容器 C1~C4， L 對串模干擾不起作用，但當出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后，電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，食指不易通過。他的兩個線圈分別繞在低損耗、高磁導(dǎo)率的氧化體磁環(huán)上。當有共模電流通過時，兩個線圈產(chǎn)生的磁感就會相互增強。 其中， L 的電感量與 EMI 濾波器的額定電流有關(guān)，參考下表 31： 額定電流 I（ A） 1 3 6 10 12 15 電感量范圍L(mH) 8~23 2~4 ~ ~ ~ ~ 圖 31 電感量范圍與額定電流關(guān)系 C1~C2 采用薄膜電容器，容量的大致范圍是 ~，主要用來濾除串模干擾。C3~C4 跨接在輸出端，并將電容器的中點接通大地，能有效的抑制共模干擾，范圍2200PF~，耐壓值 600v 以上。 輸入整流濾波電路的設(shè)計 此次設(shè)計采用成品整流橋 KBPC610，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝成半導(dǎo)體器件，它具有體積小使用方便，各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點，可廣泛用于開關(guān)電源整流電路。整流橋共有四個輸出端，交流輸出端和直流輸出端各兩個。其最大 耐壓可達 1000v，允許通過電流 10A。如圖 32 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 圖 32 KBPC610 整流橋 工作狀態(tài)時，交流電經(jīng)過共模電感的濾波后，輸入整流橋的 1 端和 3 端， 2 端和 4 端輸出直流，經(jīng)過濾波電容后，變?yōu)橹绷麟姟? 高頻變壓器的設(shè)計 （ 1）單端反激式開關(guān)電源變換器如下圖所示： 單端反激式變壓器又稱電感儲能式變壓器，當高壓開關(guān)管 VT1 被脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation， PWM）脈沖信號激勵而導(dǎo)通時，直流輸入電壓施加到高頻變壓器 T 的原邊繞組上，在變壓器次級繞組上感應(yīng)出的電壓使整流 管 VD1 反向偏置而阻斷，此時電源能量以磁能形式存儲在初級電感中；當開關(guān)管 VT1 截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極性顛倒，使 D1 導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量釋放給負載。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 （ 1）變壓器磁芯的選擇： 開關(guān)電源輸出功率： 24 * 5 120Pn v A W????（ 31） 磁芯材料選用錳 鋅鐵氧體，其飽和磁感應(yīng)強度為： 5000Gs，相對磁導(dǎo)率： 5000~300?ru ，取最大磁通密度： TBm ? 。當磁芯中磁感應(yīng)強度小于 TBm ? 時，磁芯的相對磁導(dǎo)率可?。?2020?ru ，磁芯磁導(dǎo)率為： ? ?7 4 22 0 0 0 4 1 0 8 1 0 /rou u u N A????? ? ? ? ? ???（ 32） 其中開關(guān)管最大占空比： m a x 1 0 0 %min VorD V d c V o r V d s????（ 33） 其中， Vor 是副邊折射到原邊的反射電壓大小為 135v； Vdcmin 為最小輸入直流電壓，大小為 120v； Vds 是開關(guān)管漏源極電壓，大小為 10v； 將以上數(shù)據(jù)代入后，得到輸入占空比為 50%； 開關(guān)電源效率 ? =80%；則所需要變壓器面積乘積： *(1+ )*Po (1+)*120A P p = * 1 0 ^ 4 = 1 . 3*Kw*D*J*Bm*Krp*f ***400** *100k?? ?（ 34） 這里取窗口面積利用系數(shù) Kw=； 電流密度 J=400A/cm^2； 磁感應(yīng)強度 Bm=； 脈動電流和峰值電流比例系數(shù)為 Krp=； 由于骨架需要，這里選擇 EI40 磁芯， EI40 參數(shù)： A=40mm ， B= ， C=， D=， E=， F=； 其磁芯截面積為： Ac=*=^2； 窗口面積為： Am=*=^2； 磁路長度為： L=*10^2m 磁芯面積乘積： App=Ac*Am=*=^2； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 綜合以上計算， EI40 型鐵芯滿足設(shè)計要求。 （ 2）原邊繞組匝數(shù) Np 的計算 根據(jù)公式 4U 1 * D m a x * 1 0Np=**Bm Krp f， （ 35） 代入計算可得 Np= 匝，實際取值為 50 匝； （ 3）輸出繞組匝數(shù)的計算 有公式 ? ? ? ?102* * 1 m a xm i n * m a xN U U f DN U i n D??? （ 36） 其中， Uf 是整流管的電壓，大小取 ； 代入公式可得： N2= 匝 ，這里取 10 匝。 （ 4）反饋繞組匝數(shù)的計算 根據(jù)公式（ 36）可得，反饋繞組匝數(shù) N2’= 匝，這里取 N2’=9 匝。 （ 5）磁芯氣隙寬度的計算： 在單端反激式開關(guān)電源中，高頻 變壓器磁芯的氣隙對電源性能影響較大。為防止變壓器磁芯發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，要在磁芯中留有氣隙。 原邊電感計算公式為： 22min * max2 * *EDLp Pin F? ， （ 37） 其中 Emin 這里取 300v， Pin=150w， Dmax=；代入公式可得， Lp=750uH； 其中，原邊電流最大值為： min*E TonIpLp? （ 38） 將 Lp，代入公式可得， Ip=2A； 根據(jù)公式： 2 * * * 10Np AeLp?? ?? （ 39） 其中， Ae 是有效磁芯面積，大小為 ^2， 將 Lp 代入得，δ =。 （ 6）繞組線徑的計算： A．初級電流有效值 Irms： 2* m a x * 13KrpI r m s I p D K r p??? ? ????? （ 310） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 將數(shù)據(jù)代入公式等于： Irms=；