【文章內(nèi)容簡介】 長等居多優(yōu)點，有很強(qiáng)的使用價值。模塊化技術(shù)現(xiàn)在的集成電路越來越應(yīng)用廣泛,在開關(guān)電源部分也逐漸被集成化、模塊化。在開關(guān)電源集成模塊中,為了將整體體積縮小、質(zhì)量降低,將開關(guān)電源的功率開關(guān)器件、保護(hù)電路以及控制電路都集成在一個模塊當(dāng)中。對開關(guān)電源進(jìn)行模塊化、集成化處理的同時也伴隨著不良現(xiàn)象:比如頻率不斷升高時,功率開關(guān)管、寄生電容電感工作時產(chǎn)生的噪聲會隨之嚴(yán)重,可靠性也降低。為了解決這個問題,用戶專用模塊ASPM被研發(fā)生產(chǎn)出來。這種模塊化技術(shù)就是將一臺整機(jī)的一切硬件部分全部都安放到此模塊當(dāng)中,這種模塊具有很好的應(yīng)用性,不僅降低了整體噪聲的影響,而且體積小,重量輕,便于攜帶,穩(wěn)定性高,同時降低了對外界產(chǎn)生的干擾?？梢钥闯?開關(guān)電源模塊化和集成化順應(yīng)現(xiàn)代各行各業(yè)的需求,也是開關(guān)電源發(fā)展的一大趨勢。 本文工作內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本文利用反激式變壓器的特點，基于 PWM專用控制芯片UC3845，設(shè)計一個單級反激式小功率的開關(guān)電壓源。電源輸入交流電壓220V（175V～265V），輸出直流電壓為+24V，要求具有過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)等功能。本文分為六章，主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 緒論，主要介紹本文的選題背景及其意義、國內(nèi)外研究狀況、開關(guān)電源及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢。 第二章 簡述開關(guān)電源的基本原理。介紹了幾種常用的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過對比分析，為本文選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對所選擇的反激式變換結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析，同時對開關(guān)電源的反饋控制模式作出了對比分析與選擇。 第三章是單端反激式開關(guān)電源電路級設(shè)計。從電路級對本設(shè)計開關(guān)電源各電路模塊參數(shù)進(jìn)行計算和選取，主要包括 EMI 濾波器設(shè)計、保護(hù)電路和整流電路、高頻變壓器設(shè)計、無源鉗位 RCD 電路設(shè)計、SR 電路設(shè)計、控制電路及后級濾波電路等。 第四章是單端反激式開關(guān)電源軟件仿真與 PCB 設(shè)計。主要包括電路建模和仿真，波形測量及分析，電路 PCB 設(shè)計。 第五章是單端反激式開關(guān)電源測試與分析。分別進(jìn)行開機(jī)啟動特性分析、效率測量、輸出電壓準(zhǔn)確度測量和分析、高頻變壓器電氣性能測試、負(fù)載調(diào)整率測試和分析、紋波和紋波系數(shù)測量和分析等。 第六章是結(jié)論和展望。包括本文的工作總結(jié)及下一步工作的改進(jìn)意見。最后總結(jié)與回顧全文的工作，提出了不足之處并對下一步工作進(jìn)行了展望。第 2 章 開關(guān)電源設(shè)計的理論基礎(chǔ) 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源是利用控制開關(guān)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。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)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。采用交直的變換，能夠高效地產(chǎn)生一路或多路高品質(zhì)的穩(wěn)定直流輸出電壓。開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)比較簡單，具體如圖 21 所示，主要由以下 4 個部分組成。 （1）輸入整流濾波電路，包括從交流電到輸入整流濾波器的電路，用來消除來自電網(wǎng)的各種干擾，也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散而污染電網(wǎng)，將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流濾波，同時為開關(guān)變換器提供波紋較小的直流電壓[8]。 （2）開關(guān)變換器，它包括功率開關(guān)管與高頻變壓器，它是開關(guān)電源的核心部分，它把直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流電，經(jīng)過高頻變壓器再變成所需要的隔離輸出交流電壓[9] （3）PWM 控制電路（PWM 調(diào)制器），包含振蕩器、基準(zhǔn)電壓 UREF、誤差放大器與 PWM 比較器，控制電路產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號，其占空比受反饋電路的控制[10]。 （4）輸出整流濾波電路，將開關(guān)變換器輸出的高頻交流電壓濾波得到需要的直流電壓，并且防止高頻噪音對負(fù)載的干擾，電路原理與輸入濾波電路相同。圖21 開關(guān)電源的基本構(gòu)成 開關(guān)電源電路常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反激式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 22 所示，當(dāng)開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通時，只有初級繞組導(dǎo)通（其他繞組因未導(dǎo)通，可暫不考慮其對初級電壓的影響），此時，開關(guān)管可認(rèn)為只是給電感儲存能量。當(dāng)開關(guān)管 Q1 關(guān)斷時，只有次級繞組導(dǎo)通，分析時可暫不考慮初級繞組對次級繞組的影響（此時次級可認(rèn)為只是電感放電過程）。所以，反激變換器從功能上考慮，實際只是有著若干繞組的電感而已。在這種情況下，初次級繞組的電壓并不相關(guān)，次級繞組電壓只與負(fù)載有關(guān)系。假設(shè)次級繞組安匝數(shù)為 100，匝數(shù)為 10，則峰值電流為 10A，如果將這樣的次級繞組100Ω 的負(fù)載相連，則可以在次級得到不可思議的 1000V 電壓。當(dāng)次級有幾個繞組同時導(dǎo)通時，則所有次級繞組的安匝數(shù)之和與初級繞組的安匝數(shù)守恒[11]。根據(jù)反激變換器初級電感和負(fù)載電流的不同，可分為以下三種工作模式：續(xù)工作模式(DCM）、連續(xù)工作模式(CCM)和臨界工作模式。 22反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 反激式變換器不同工作狀態(tài)下的參數(shù)分析反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號傳遞函數(shù)是截然不同的，動態(tài)分析時要做不同的處理。實際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個較大范圍發(fā)生變化，和負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個電路能實現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計上是較為困難的。而且，作為單片開關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計，反激式變換器中的變壓器兼有儲能、限流、隔離的作用。(1) 開關(guān)狀態(tài)1（0Ton）在t=0瞬間，開關(guān)管S導(dǎo)通，電源電壓Ui加在變壓器初級繞組W1上，此時，在次級繞組W2中的感應(yīng)電壓為，其極性“*”端為正，是二極管D1截止，負(fù)載電流由濾波電容Cf提供。此時，變壓器的次級繞組開路，只有初級繞組工作，相當(dāng)于一個電感，其電感量為L1，因此初級電流從最小值開始線性增加，其增加率為： （11）在時，電流達(dá)到最大值。 （12）在此過程中，變壓器的鐵心被磁化，其磁通也線性增加。磁通的增加量為： （13）(2）開關(guān)狀態(tài)2（TonTs） 在t=Ton時，開關(guān)管S關(guān)斷，初級繞組開路，次級繞組的感應(yīng)電動勢反向，其極性“*”端為負(fù)，使二極管D1導(dǎo)通存儲在變壓器磁場中的能量通過二極管D釋放，一方面給電容C充電；另一方面也向負(fù)載供電。此時只有變壓器的次級繞組工作，相當(dāng)于一個電感，其電感量L2。次級繞組上的電壓為，次級電流從最大值線性下降，其下降速度為： （14） 在時，電流達(dá)到最大值。 （15） 在此過程中，變壓器的鐵心被磁化，其磁通也線性增加。磁通的增加量為：