【導讀】1查詢開關(guān)電源設(shè)計相關(guān)資料。2掌握電源設(shè)計一般步驟，研究電源設(shè)計的注意事項。27V/10A，輸出電壓紋波小于1%的隔離開關(guān)穩(wěn)壓電源。(不少于)，A0圖紙。，嚴格按照進度計劃完成畢業(yè)設(shè)計任務。隨著微處理器與數(shù)字處理器的發(fā)展，需要為它們提供更低的輸出電壓，因此，對低壓大電流正激變換器及其相關(guān)技術(shù)的研究，在近幾。年得到廣泛的關(guān)注。其次，分析了有源箝位正激變換器的工作過程，并對其中的典型參數(shù)進。換器專用驅(qū)動芯片NCP1562進行管腳功能介紹，以及外圍電路的搭建。最后，完成器件的參數(shù)計算，器件的最終選型，并采用MATLAB. 對系統(tǒng)進行仿真。論證了理論分析的正確性和設(shè)計方案的可行性。

　　

【正文】 WfWe sU I U IAA K K B f J??燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 式中 WeAA變壓器窗口面積和磁芯截面積的乘積 P P S SU I U I? 一次側(cè)和二次側(cè) 的功率之和 式 (239)表明， WeAA乘積受窗口面積使用系數(shù) 0K 、 波形系數(shù) 、 開關(guān) 器件 工作頻率 sf 、 工作磁通密度 WB 、 電流密度 J 的影響。又因為電流密度 J 直接影響溫度變化，進而影響 WeAA， 可表示為： (240) 式中 電流密度比例系數(shù) 常數(shù)，通常由磁芯決定 ,如表 21 所示 表 21 各種磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù) 磁芯種類 損耗 ((允許溫升25℃ ) X KS KW KV 一般罐型磁芯 PCU = PFe 433 48 鐵粉磁芯 PCU≥PFe 403 金屬疊片磁芯 PCU = PFe 366 C型鐵芯 PCU = PFe 323 帶繞鐵芯 PCU = PFe 250 25 根據(jù)以上各式可得 (241) fK? ?xwejJ K A A?jKxjK141010 xTf w s jPAPK K B f K????? ????第 2章 正激變換 器 21 式中 AP weAA的乘積 (cm4) TP P P S SU I U I? 之和，稱為變壓器的視在功率，單位為 W 對于不帶中間抽頭的變壓器視在功率為： (242) 通過計算得到 AP 值，查表選擇合適的鐵氧體的 weAA的乘積，一般盡量選擇窗口長寬比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時可盡量減小漏感。 幾何參數(shù)法計算推導 此法又稱為 GK 法， 變壓器滿載時與空載時輸出電壓是有差異的，其大小反應電路內(nèi)阻 iR 的影響 ， 可以用電壓調(diào)整率來表示： (243) 式中 0U 空載時變壓器輸出電壓，單位 V 1U 滿載時變壓器輸出電壓，單位 V iR 各繞組的內(nèi)阻 假定變壓器一次側(cè)和二次側(cè) 匝數(shù)相等，則 (244) 變壓器一次側(cè) 繞組電阻 PR 可表示為 (245) 式中 ? 電阻率，銅質(zhì)的電阻率一般為 106Ω cm MLT 每匝導 線平均長度，單位 cm 01K 一次側(cè) 繞組 的 窗口有效使用系數(shù) ( 01K ＜ 1/2) 0 11TPP ?????????01111 0 0 % 1 0 0 %iRIUUUU? ?? ? ? ?2 1 0 0 1 0 0 %PPPRIU? ? ? ?? ? 201PPWM LT NR AK??燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 由法拉第電磁感應定律可得： (246) 由式 (245)和 (246) 可以得： (247) 式 (247)中 假設(shè)原邊、二次側(cè)的 使用系數(shù)相同，為總的窗口使用系數(shù) 0K的 1/2，則 01 02 0 2K K K??。令： (248) (249) 又因為 2T P PP U I? ,根據(jù)式 (247)式，代入式 (248)式和 (249)，則可得： (250) 則幾何參數(shù)為： (251) 通過已知參數(shù)求出 GK 的值，然后可求出磁芯的其它參數(shù)，最終查表選擇合適 的磁芯。 本文利用 AP 法計算高頻變壓器各項參數(shù)， GK 法在 本文 不做計算 。 本章小結(jié) 本章主要內(nèi)容首先是對正激變換器的各種變壓器磁通復位技術(shù)的優(yōu)缺點進行比較，在此基礎(chǔ)上選擇有源箝位正激變換器作為此次設(shè)計的主拓撲。然后，對其工作過程進行了詳細分析，從而推導出其典型參數(shù)的計算公式。最后，對高頻變壓器的磁芯確定方法進行了初步學習，推導了 AP 法計算公式，為以后變壓 器的設(shè)計打好前期基礎(chǔ)。410p p s w efU K N f B A ???2 2 2 2 4010 . 2 9 1 0w s e wfpp K B f A A KUI M L T????2 2 2 40 .1 4 5 1 0wsfeK K B f ???2 0ewG A A KK MLT?2T GeP K K ??2 TG ePK K??第 3章 控制電路 23 第 3 章 控制電路 驅(qū)動脈沖調(diào)制方式分析 控制電路是高頻開關(guān)電源 很重要的部分 ,是電源系統(tǒng)可靠工作的保證 。 開關(guān)電源的控制方式基本上都采用時間比率控制 (TRC )方式，根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同， 這種 控制 方式又大致 可 分為三大類 :PWM 脈寬調(diào)制、 PFM 脈頻調(diào)制和 PWMPFM 調(diào) 寬調(diào)頻混合電路 [8]。 PWM 脈沖寬度調(diào)制 PWM ( P u ls e W id th M o d u la tio n)調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化， 使輸出脈沖寬度發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。在調(diào)制期間脈沖周期 T是固定不變的。不論是負載電流發(fā)生變化，還是輸入電壓發(fā)生變化，都會引起輸出電壓的變化，通過反饋采樣這個變化，然后經(jīng)過穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，最終使輸出脈沖寬度改變，從而達到輸出穩(wěn)定電壓的目的。脈沖寬度調(diào)制變化如圖 31 所示， T 不變， onT 發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。 圖 31 PWM 調(diào)制方式 T 不變T on T o ff( a )( c )( b )T on 變寬T on 變窄燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 PFM 脈沖頻率調(diào)制 PFM ( P u ls e F r e q u e n c y M o d u la t i o n)調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，使輸出脈沖周期發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。脈沖頻率調(diào)制變化如圖 32 所示， onT 不變，即脈沖寬度不變化，而周期發(fā)生變化，即頻率改變。 圖 32 PFM 調(diào)制方式 PWMPFM 脈寬脈頻綜合調(diào)制 PWMPFM 脈寬脈頻綜合調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，不但使輸出脈沖寬度發(fā)生變化，而且頻率也同時發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。 PWMPFM 調(diào)制方式是同時改變周期 T 和導通時間 onT 兩個參數(shù)來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定 。 PWMPFM 兼有 PWM 和 PFM 的優(yōu)點，調(diào)制過程如圖 33所示。 T on T off( a )( c )( b )周期變小頻率增大周期變大頻率減小第 3章 控制電路 25 圖 33 PWMPFM 綜合調(diào)制方式 目前 ,以脈沖 寬度 調(diào)制 PWM 應用最多，其 基本原理圖 如下圖 34 所示 。 圖 34 脈沖寬度調(diào)制基 本原理圖 基準電壓 :芯片內(nèi)大部分電路由它供電 ,同時 ,兼作誤差放大器的基準電 壓輸入。 振蕩器 :由恒流充電快速放電電路以及電壓比較器組成 ,振蕩頻率由外接 RC 元件所決定 ,頻率 1f RC? 。 誤差放大器 :將取樣電壓和基準電壓比較放大 ,送至脈寬調(diào)制電路輸入端。 脈寬調(diào)制器 :輸入為誤差放大器輸出。輸出分兩路 ,一路送給門電路 ,另 一路送給振蕩器輸入端。 門 電路 :門電路輸入分別受分頻器和脈寬調(diào)制器的輸入控制。 分頻器 :將振蕩器的 輸入分頻后輸出 ,控制門電路輸出脈沖的頻率。 基準電壓脈寬調(diào)制振蕩器 分頻器門電路門電路誤差放大器UABT on T o ff( a )( b )T 改變T on 改變燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 開關(guān)電源控制方式分析 開關(guān)電源按控制方式 [9]可以分為：電壓控制型、電流控制型、 2V 控制型三種，下面對這三種控制方式作一個簡單了解。 電壓控制型 目前，開關(guān)電源普遍采用電壓型脈寬調(diào)制 (PWM )技術(shù) ,其結(jié)果框圖如圖 35 所示。由圖可看出，電壓控制型方法是：利用輸出電壓 0U 采樣作為控制端的輸入信號， 將該信號于基準電壓 refU 進行比較，并將比較結(jié)果放大生成誤差電壓 eU ，該誤差電壓 eU 與振蕩器生成的鋸齒波 rU 進行比較生成一個脈寬與誤差電壓 eU 大小成正比的方波，該方波可以控制開關(guān)器件的導通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)對開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。電壓型控制方式只有一個控制環(huán)。因此 ， 設(shè)計 和分析相對比較簡單。由于鋸齒波的幅值比較大，所以抗干擾能力比較強。 圖 35 電壓控制型結(jié)構(gòu)框圖 電流控制型 電流控制型 PWM 技術(shù)是近年才興起的新技術(shù)，電流型控制是針對電壓型控制的一些缺點而發(fā)展起來的。它保留了電壓控制型的輸出電壓反饋控制部分外，又增加了一個電流反饋控制環(huán)節(jié)，是一個電壓電流型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。所謂電流型控制，就是在脈寬比較器的輸入端將電流采樣信號與誤差放誤差放大器PW M 比較器諧波發(fā)生器RU 0U refU eU r第 3章 控制電路 27 大器的輸出信號進行比較，以此來控制輸出脈沖的占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨 誤差電壓變化。電流型控制的工作原理：采用恒定頻率時鐘脈沖置位鎖存器，輸出脈沖驅(qū)動開關(guān)器件導通，電源回路中的電流脈沖就逐漸增大，當電流在采樣電阻上的幅度達到 eU 時，脈寬比較器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，鎖存器復位，驅(qū)動脈沖封鎖，開關(guān)管從導通變?yōu)榻刂?。這樣，逐個檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖，就可以達到控制電源輸出電壓的目的。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖 36 所示： 圖 36 電流控制型結(jié)構(gòu)框圖 與電壓型 PWM 比較，電流型控制具有以下優(yōu)點： ⑴ 電流型 PWM 開關(guān)電源具有更好的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率。 ⑵ 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性會有明顯改善。 ⑶ 其內(nèi)在的限流能力、并聯(lián)均流能力，使控制電路簡單可靠。如此看來，電流控制型將會是未來開關(guān)電源較為理想的控制方式。 V2 控制型 2V 控制型 是在電流控制型的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的， 2V 控制型 與電流控制型的區(qū)別在于： 2V 控制型 用 濾波電容電壓采樣替代了電流控制型中的 PWM 比較器的電流采樣輸入。輸出電壓 0U 反饋回來作為兩個控制環(huán)的反饋量。一是慢的外環(huán)反饋信號，輸入到低帶寬的誤差放大器，該誤差放大器將 0U 與固定的基準電壓 refU 比較，產(chǎn)生 PWM 控制電壓 eU ；二是輸出電壓的紋波 作為內(nèi)環(huán)反饋控制信號，作為 PWM 比較器的斜坡信號反饋到 PWM 比較器qU誤差放大器PW M 比較器RU 0U refU e鎖存器時鐘燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 的輸入。事實上， 為電感的紋波電流在輸出濾波電容的寄生電阻上的壓降。 2