【導(dǎo)讀】替代的作用，是小功率供電電源的首選。本設(shè)計是儲能逆變項目的一個小部。分，目的是設(shè)計一個輸出總功率達(dá)到的多路輸出反激式開關(guān)電源。在反激式開關(guān)電源的原理方面，介紹了幾種基本電路和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的。方面，搭建了仿真電路圖、分析了仿真結(jié)果。通過具體設(shè)計及仿真軟件的驗證，證明了設(shè)計的正確性，為后期的實際工程設(shè)計提供的指導(dǎo)意義。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 命的損壞。所以 必須要采取措施加以避免。 用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)瞬態(tài)電壓抑制器。如圖 2l所示，把壓敏電阻 Rv連在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時．它的阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達(dá)到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應(yīng)按下述步驟進(jìn)行。 1．選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大 10％20％； 2．計算或估計出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù)； 3．查明器件所需要承受的最大尖峰電流； 上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 [6] 反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管 在反激式變換器電路中。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。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進(jìn)行計算： [7] max inCE maxV 1? ?Vδ (32) 第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 23 公式中， vin 是輸入電路整流濾波后的直流電壓， 是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時間與晶體管的一個工作周期 (導(dǎo)通時間十截止時間 )之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對地低一些，一般要低于 50％，即 。在實際設(shè)計時， 一般取 左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓。 按如下粗算考慮：交流輸入電壓 180~260V，取 260V， 260v 乘以 (有效值 )，即是整流后的直流電壓 260 ＝ 354V， 360V 再乘以 是 800V，實際取值 漏極與源極電壓 即可。 第二個設(shè)計準(zhǔn)則是必須滿足晶體管在導(dǎo)通時的集電極電流的需求。 LC II n? (33) 公式中， IL是變壓器初級繞組的峰值電流而 n是變壓器初級與次級間的匝數(shù)比。 為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電極峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量 m可用下式表示： 2LOUT LIP η2T??? (34) 公式中， 是變換器的效率。 略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表達(dá)的晶體管工作電流的公式為： OUTCin max2PI nV? ??δ (35) 假定變換器的效率 是 ，最大工作占空比入 ＝ outCin V? (36) 由 36 式可以計算得出 的大小，如下： 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 outin6 .2 P 6 .3 1 4 .5I c 0 .3 AV 3 1 0?? ? ? 結(jié)合以上兩個選擇晶體管的原則，最后選定 MTP4N80E 為本次設(shè)計的開關(guān)晶體管。 MTP4N80E 的 為 800V， 為 1A，滿足我們的設(shè)計需求。 反激開關(guān)電源變壓器的設(shè)計 變壓器的設(shè)計對于開關(guān)電源的設(shè)計十分重要，是整個設(shè)計中非常關(guān)鍵的一部分。下文主要進(jìn)行變壓器的設(shè)計。 1. 反激變壓器的主要方程 我們從交流電已經(jīng)整成直流開始，電壓加在原邊電感上，開關(guān)導(dǎo)通期間，電流持續(xù)上升： p k o nV V D T V DITL L f L? ? ?? ? ? ? ? (37) 這里， D是占空比， f是開關(guān)頻率， 1/f 是開關(guān)周期，這個方程適用于電流斷續(xù)反激式變壓器，原邊電流波形圖。 圖 34 斷續(xù)模式下反激式變壓器的電流波形 儲存在原邊電感中的電量取決于峰值電流的大?。? 第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 25 (38) 能量每個周期傳遞一次： (39) 這個方程式電流斷續(xù)模式下反激式變壓器的基本方程。這個方程告訴我們，一旦輸入電壓固定，如果要增加輸出功率，那么只能通過減低開關(guān)頻率或減少電感來實現(xiàn)。而如果開關(guān)頻率也以選定，那么只有通過減少電感才能增加功率。但是實際的電感都由一個最小值，斷續(xù)工作的反激式變換器由最大輸出的限制。 由于我所選的器件得知開關(guān)頻率為 100KZ，計算得： 2231 0 .5 W 2 10 00 00 L?? ?? 得出原邊電感值為 L≈ 200uH，可以計算得峰值電流 為： pk 3 1 0 V 0 .4I 7 A1 0 0 K H z 2 0 0 u H???? 2. 變壓器磁芯的選擇和匝數(shù)的計算 (1) 變壓器的磁芯的選擇 現(xiàn)在我們來選擇磁芯材料。考慮到開關(guān)頻率比較高，我們選用鐵氧體材料或者 MPP，完善的設(shè)計必須兩者都考慮，這里我們只考慮鐵氧體材料，因為如果效率相同，鐵氧體磁芯的體積比 MPP 的體積更小。 我們已經(jīng)知道（工程上單位取厘米、安和高斯） 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 m a x um a xm0 .4 π INB l? ? ?? (310) 以及： L=m8e2 l u?? (311) 這里 lm 是磁路長度。我們要用的鐵氧體磁芯磁路長度非常短，這樣 B 值會很大，甚至可能會使磁芯飽和，同時損耗也增大。因此反激式變壓器（包括一些采用 鐵氧體材料的直流電感器）總是采用氣隙。由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鐵氧體，一次氣隙能夠極大地增加磁路的有效長度。帶有氣隙磁芯的有效磁路長度為： le =lm =u ? lgap (312) 在很多實際應(yīng)用的例子中，后面一項遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前面一項 u ? lgap lm (313) 所以這樣的近似是合理的 le ≈u ? lgap (314) 注意：這只是一個近似關(guān)系，并不能保證任何時候都成立，每一次設(shè)計的時候都要檢查一下這個近似關(guān)系是否成立。 近似值來計算，我們可以得到以下式子： B=mmaxl ? 與m8e2 l ?? (315) 第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 27 這些方程的使用前提我們必須清楚：對于帶有氣隙的鐵氧體材料磁芯，在確認(rèn)（ 313）方程成立的條件下，可以試方程（ 315）；否則，應(yīng)使用基本方程（ 310）和（ 311），如果磁芯的氣隙非常小，應(yīng)該使用有效磁路長度（ 312)。 我們需要在不同的磁芯中進(jìn)行選擇，以確定自己所選的型號是最合適的，變壓器的高度要求是我們的設(shè)計準(zhǔn)則。 (2) 變壓器的匝數(shù)的計算 磁芯的形狀和材料選擇好以后，下面我們要選擇合適的氣隙。通常先取最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后確定氣隙大 小，磁通也就確定了。對于氣隙，可能會有一個問題，有時要求磁芯只有一邊氣隙，而另一邊沒有氣隙。著需要特意模具，需要花費很多，另一個可能出現(xiàn)的問題是：氣隙非常小，任何一點很小的氣隙誤差都會對磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，并進(jìn)一步影響損耗，甚至?xí)?dǎo)致磁芯的飽和。 即使是使用帶有氣隙的磁芯，仍然會有很多問題：由于本身的氣隙很小，當(dāng)兩塊磁芯連接在一起的時候，總的氣隙誤差會比較大；粘合的膠水也會增加氣隙的長度。 回到我們的設(shè)計來，我們可以查到 E42 的 AL 的值為 376nH，大的 AL 意味著匝數(shù)可以最少，那樣線圈電阻也可以最小。 200uH需要的匝數(shù)為： N=376nH200uH=23 匝 說明氣隙可以通過 Ae=178mm2 = 來計算，所以有 376nH= ? ?g82l 10*1 .4?匝? 這樣，可以得到氣隙長度 lg =，算好磁感應(yīng)強(qiáng)度，就可以計算出磁感應(yīng)強(qiáng)度： B= 23*4A* 匝? =1958G 因為我所選用的磁芯的最大磁通密度是 2286G，計算出的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于最大的磁通密度，所以選用的磁芯是合適的。 現(xiàn)在來計算次級線圈的匝數(shù)。 由公式： 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 N1N2 = ? ? ? ?D*m inV1 D1*VV0 D ）（ ?? (316) N2 的二次側(cè)的線圈的匝數(shù)， N1 為一次側(cè)的線圈匝數(shù) ,V0 為輸出電壓， VD 為二極管順向電壓， V1（ min）是輸入的最小的電壓， D 為占空比。 N 2 (1 2 0 .7 ) (1 0 .4 )2 3 3 1 0 0 .4? ? ?? ? 所以 N2=19 匝 3. 磁芯等的各種 損 耗 在反激式變壓器里，電流是單向的，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也是單向的：從 0 增加到 Bmax ，然后又降低到 0。所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰峰值是 的一半。 132 kHz 時，對于 E42 這種材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 2286/2=1143G 時的損耗近似為320mW/cm3 。 現(xiàn)在我們降低開關(guān)頻率可否降低磁芯損耗，損耗與頻率、磁感應(yīng)強(qiáng)度之間是一種非線性關(guān)系，典型的關(guān)系式為： Loss/lb. = Bf (317) 因為，我們需要有 2 倍的電感值來保持同樣的功率，這就意味著需要 2 倍的繞組來實現(xiàn)兩倍的電感，這就使得磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?2 ，因為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與匝數(shù)同比增加。 總的損耗，即每一磅的損耗乘以重量，為 ? ? ? ?LBf 222 2??????≈ (318) 由于磁芯的重量和存儲能量的大小有直接的關(guān)系，而存儲能量與電感呈電感量呈線性關(guān)系。因此開關(guān)頻率降低一半，磁芯損耗幾乎變?yōu)樵瓉淼?2 倍。另一方面，降低開關(guān)頻率的確能夠降低開關(guān)晶體管的損耗： 第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 29 PQ ≈ K+Af (319) 式中， K 由通態(tài)損耗決定， A 由開關(guān)速度決定。如果開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于通態(tài)損耗的話，可以有： PQ ??????2f ≈ ??f (320) 一般情況下，通常的情況是這樣的：即使在整個范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，改變開關(guān)頻率對效率的影響不是很大。而真的好處在磁芯尺寸的大小卻非常明顯，隨著開關(guān)頻率增加，體積明顯可以減小。 下面我們來計算一下磁芯損耗，磁芯的總體積 ，因此磁芯的損耗為320mW/cm3 * =1184mW。磁芯的損耗是可以的。 如果磁芯損耗大得無法接受，可以有兩個方法：第一個辦法是進(jìn)一步增加氣隙，如兩半塊磁芯的匹配連接，定制自己需要的，帶有氣隙的磁芯；第二個辦法是選用大尺寸的磁芯，隨著氣隙的增大，其邊界范圍也隨著增大，漏感也要增大，漏感增加會影響到電路中的其他元件，并且使變壓器的效率降低。同時大型號的磁芯體積也相應(yīng)的比較大，需要 占用更大的印制板面積，成本更高。在工程設(shè)計中，通常要權(quán)衡這些因素，折合選擇。 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了反激式開關(guān)電源的整體框圖設(shè)計以及電路的基本組成部分的設(shè)計。輸入電路的關(guān)鍵就是濾波整流，以及保護(hù)。變壓器的設(shè)計主要講了反激變壓器的主要方程變壓器磁芯的選擇，變壓器匝數(shù)的計算以及磁芯損耗的計算，這個對于整個設(shè)計很重要。 第四章 反激式開關(guān)電源控制電路和輔助電路設(shè)計 30 第四章 反激式開關(guān)電源控制電路和輔助電路設(shè)計 反激式開關(guān)電源的輔助電路主要包括 RCD 吸收回路和電壓反饋回路。吸收回路的目的是減小開關(guān)開通關(guān)斷時的涌浪電壓和電流，而電壓反饋回路的設(shè)計是為了降低輸出的紋波，是它符合穩(wěn)壓電源的要求。 反激式開關(guān)電源 RCD 吸收電路的設(shè)計 對于一位開關(guān)電源工程師來說，在一對或多對相互對立的條件面前做出選擇，那是常有的事。而我們今天討論的這個話題就是一對相互對立的條件。（即要限制主 MOS管最大反峰，又要 RCD 吸收回路功耗最小） 在討論前我們先做幾個假設(shè)， ① 開關(guān)電源的工作頻率范圍 :20~200KHZ； ② RCD 中的二極管正向?qū)〞r間很短（一般為幾十納秒）； ③ 在調(diào)整 RCD 回路前主變壓器和 MOS 管，輸出線路的參數(shù)已經(jīng)完全確定。 有了以上幾個假設(shè)我們就可以先進(jìn)行計算： MOS管的 進(jìn)行分段： a. 輸入的直流電壓 ； b. 次級反射初級的 ； c. 主 MOS 管 余量 ； d. RCD 吸收有效電壓 。 MOS管 VD的幾部分進(jìn)行計算： a. 輸入的直流電壓 。 在計算 時，是依最高輸入電壓值為準(zhǔn)。如寬電壓應(yīng)選擇 AC265V，即DC375V。 DC