【正文】 中勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強度由最大值 Bmax返回到剩磁所對應(yīng)的磁感應(yīng)強度Br位置，即流過 N1繞組電流是由最大值逐步變化到 0的。由此可知，反激式變壓器開關(guān)電源在輸出功率的同時，流過次級線圈回路中的電流也在對變壓器鐵心進行退磁。 由于反激式開關(guān)電源僅在控制開關(guān)關(guān)斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現(xiàn)變化時，開關(guān)電源不能立刻對輸出電壓或電流產(chǎn)生反應(yīng)，而需要等到下個工作周期時，通過輸出電壓取樣和調(diào)寬控制電路的作用，開關(guān)電源才開始對已經(jīng)過去了的事件進行反應(yīng)（ 即改變占空比），因此，反激式開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較差。有時，當負載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調(diào)寬控制電路輸出電壓的延時特性在相位保持一致的時候，反激式開關(guān)電源輸出電壓可能會產(chǎn)生抖動。 反激式開關(guān)電源變壓器的鐵心一般都需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵心因流過變壓器初級線圈的電流過大，容易產(chǎn)生磁飽和；另一方面是因為變壓器的輸出功率大小，需要通過調(diào)整變壓器鐵心的氣隙和初級線圈的匝數(shù)，來調(diào)整變壓器初級線圈的電感量大小。因此，反激式開關(guān)電源變壓器初、次 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 22 級線圈的漏感都比較大，從而會 降低開關(guān)電源變壓器的工作效率，并且漏感還會產(chǎn)生反電動勢，容易把開關(guān)器件擊穿。 反激式電路拓撲穩(wěn)壓過程 當場效應(yīng)管導(dǎo)通時，整流電壓加在變壓器 T 初級繞組 Np上的電能變化成磁能儲存在變壓器中，在場效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時， Np 繞組中電流達到最大值 Ipmax,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 Ipmax=（ E/Lp） Ton式中 E—— 整流電壓； Lp—— 變壓器初級繞組電感； Ton—— 場效應(yīng)管導(dǎo)通時間。在場效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值 Ismax，若忽略某種損耗應(yīng)為式： Ismax=nIpmax =n（ E/Lp） Ton ,n——變壓器變比， n=NP/NS, NP、 NS為變壓器初、次級繞組匝數(shù)。 高頻變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級繞組儲存的能量與場效應(yīng)管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等： n（ E/Lp） Ton=（ U0/LS） Toff式中： LS—— 變壓器次級繞組電感； U0—— 輸出電壓； Toff—— 場效應(yīng)管關(guān)閉時間。 因為 Lp =n2 LS,則：（ E/Lp） Ton =（ U0/LS） Toff， ETon =nU0Toff, U0=( nTon Toff)E 上式說明，輸出電壓 U0與 Ton成正 比，與匝數(shù) n 及 Toff成反比。比如，由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓降低時，反饋線圈的輸出電壓則會變低，從而使 2 端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的增大 PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變長；反之，當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)減小 PWM 輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通時間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。 輸出整流濾波電路直接影響到電壓紋波的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對紋波幅值的影響主要有以下幾方面。 （ 1）輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決方案是在電源輸入端加電容，以濾除此噪聲干擾。 （ 2）高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進行高頻斬波，然后通過高頻變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻入高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)過程中引起的高頻噪聲。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用Π型濾波的方式，濾波電感采用 150uH 的電感，可濾除高頻噪聲。 （ 3）采用快速恢復(fù)二極管整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲 。并聯(lián)整流二極管減 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 小尖峰電壓。 穩(wěn)壓輸出 經(jīng)過 PWM 調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。整流手段與高壓整流類似，仍是利用二極管的單向?qū)ㄐ再|(zhì)，將反向波形翻轉(zhuǎn)。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實現(xiàn) 360 度的導(dǎo)通，因此采用快速恢復(fù)二極管 (用于 ? 12V， 24V 整流 )和肖特基二極管 (用于 +5V 整流 )。濾波采用典型的扼流電感配合濾波電容 。 快速恢復(fù)二極管 （ FRD）能夠迅速由導(dǎo)通狀態(tài)過度到關(guān)斷狀態(tài)的 PN 結(jié)整流二極管，這種二極管的特點是反向恢復(fù)時間短，典型的 220V/30A 快速恢復(fù)二極管，其 trr（ D D9）：有 的正向?qū)▔航担?3585ns 的反向恢復(fù)時間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金，單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關(guān)速度，同時也能得到較高的耐壓?？旎謴?fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。 肖特基二極管（ SBD）一般的二極管是利用 PN結(jié)的單方向?qū)щ姷奶匦?，而肖特基二極管則是利用金屬和半導(dǎo)體面接觸產(chǎn)生的勢壘整流作用，這個接觸面稱為“金屬半導(dǎo)體結(jié)”，其全名應(yīng)為肖特基勢壘二極管，簡稱肖特基二極管。現(xiàn)有的肖特基二極管大多數(shù)是用（ Si）半導(dǎo)體材料制成的。肖特基二極管 SBD（ LT8229）是低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H 左右，而整流電流卻可達到幾千安培。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。 表 4 幾種典型功率二極管的主要參數(shù) 參數(shù) 普通二極管 FDR UFDR SiSBD GaAsSBD UDF/V Trr/ns 1000 200750 25100 10 510 PIV/V 501000 501000 501000 15100 150350 可用頻率 50Hz 20100kHz 200kHz 1MHz 1MHz 應(yīng)用 輸入整流 輸出整流 輸出整流 輸出整流 輸出整流 48V 或更高 45V 1224V 在輔助回路中，由降壓整流濾波部分所輸出的正 向電壓，通過集成穩(wěn)壓管、 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 LM7812 和 LM7824 可分別輸出 +12V、 +24V 電壓。而由降壓整流濾波部分所輸出的負向電壓，通過集成穩(wěn)壓 LM7912 輸出的負向電壓 12V 穩(wěn)定電壓。 在穩(wěn)壓輸出部分主要采用集成穩(wěn)壓管來實現(xiàn)題目所要求的功能。下面簡單介紹一下題目中所用到的三端集成穩(wěn)壓管。 （ 1） 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。設(shè)計中所使用的 7800 系列和 7900 系列便是三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。它們的使用十分方便，只有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端，電路符號如圖 所示。 （ a） LM7800系列 （ b） LM7900系列 圖 三端集成穩(wěn)壓器的電路符號 7800 系列的工作原理方框圖如圖 所示。由于 7800 系列三斷集成穩(wěn)壓器的所有主要部分都已集成在管心上，通常在使用時需接到整流濾波電路之后，而不必外接其他元件即可工作，這樣就可簡化電路板的設(shè)計，減小電源部分的體積。 7900 系列是負壓輸入、負壓輸出，工作原理和 7800 系列基本相同。 圖 78 系列三端集 成穩(wěn)壓器內(nèi)部方框圖 圖 為兩種穩(wěn)壓電源的應(yīng)用電路。圖（ a）為 78 系列的應(yīng)用電路，可實現(xiàn)正向的固定輸出；圖（ b）為 79 系列的應(yīng)用電路，可實現(xiàn)反向的固定輸出。在兩電路中，輸入端電容 Ci 用以旁路高頻干擾脈沖及改善紋波。輸出端所接電容C0 起改善瞬態(tài)響應(yīng)特性、減小高頻輸出阻抗的作用。一般輸出端無須接入大電解電容。當在輸出端使用大電容，且輸出電壓高于 6V 時，應(yīng)在輸入、輸出端口輸入 基準電壓 比較放大器 過熱保護 過流及安全區(qū)保護 調(diào)整元件 取樣電路 地 啟動及偏置電路 輸出 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 跨接保護二極管，以防輸入端短路時，輸出電容通過穩(wěn)壓器進行放電使穩(wěn)壓器損壞；在輸出端、地端口跨接保護二極管，可以防止輸出端與地短路時， Co 上的電壓損壞穩(wěn)壓器，從而起到了短路保護的作用。此外， 78系列和 79系列穩(wěn)壓器自身也具有完善的短路和限流保護、過熱保護和調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路，因而它的工作是比較可靠的。 （ a） 78系列 （ b） 79 系列 圖 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路 穩(wěn)壓輸出電路 低壓輸出部分的整流濾波電路圖如下所示：它們分別由整流二極管，續(xù)流二極管，濾波電容，穩(wěn)壓器件等構(gòu)成。 二極管 D9 是輸出整流二極管、 D10 是續(xù)流二極管、 L2是輸出濾波電感， 電容 C16 是輸出濾波電容，在開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此時整流二極管導(dǎo)通，電感 L3 的電流線性增加，當電流斷續(xù)時，電感 L2 通過續(xù)流二極管釋放能量。 177。 12V 整流輸出電路如圖 所示，將正、負輸出共用一個接地端子，同時用三端穩(wěn)壓集成器件 7812 和 7912 穩(wěn)壓輸出。 圖 177。 12V 整流輸出電路圖 24V 輸出電路如圖 所示，使用三端集成穩(wěn)壓管 LM7824 來穩(wěn)壓。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 26 圖 24V 整流輸出電路圖 相關(guān)器件型號選擇，由 LM78XX和 LM79XX的典 型電路連接方式的到， C14= uF,C15=、 C16=10uF,C18=,C19=,C20=10uF,C22= uF,C23=1 uF,其中 D9， D11， D14 為整流二極管，選用肖特基二極管。 電感的計算：在直流變換電路中，都設(shè)有 LC 濾波電路，濾波電感中的電流含有一個直流成分和一個周期性變化的脈動成分。 電感 L 的作用是濾除占波開關(guān)輸出電流中的脈動成分。從濾波效果方面考慮，電感量越大，效果越明顯。但是，如果電感量過大，會使濾波器的電磁時間常數(shù)變得 很大，使得輸出電壓對占空比變化的響應(yīng)速度變慢，從而影響整個系統(tǒng)的快速性。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。所以在設(shè)計電感參數(shù)時應(yīng)從減小紋波和保持一定的快速性兩個方面去考慮。 電路進入穩(wěn)定狀態(tài)后，電感電流在最小值 Imin 和最大值 Imax 之間波動變化，波動的幅度為Δ I，電感 L與Δ I 的關(guān)系為 L=U0/Δ I(1D)T 取Δ I為 則得 L2=36mH,L3=18mH,L4=18mH,L5=. 設(shè)計的開關(guān)電源分四路輸出，分別為 24V/,12V/1A,12V/,5V/3A.其中 5V 輸出最大功率為 15W,電源輸出總的功率為 45W. 在單端反激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的設(shè)計計算是核心工作，設(shè)計時，要保證電源的調(diào)整率和對線圈的漏感要求，還要對高頻變壓器的外形尺寸及系統(tǒng)成本進行整體考慮。 可以在輸入電壓為 AC220V 的情況下進行設(shè)計和計算，得出數(shù)據(jù)后再進行相應(yīng)的調(diào)整，主要方法是通過調(diào)整氣隙和變壓器的初級匝數(shù)，使工作在交流 220V電壓下的電感初級線圈數(shù)較原來計算值增加 倍，總電感量較原計算值增加 倍。 級電感峰值電流 : 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 因為變壓器的輸出功率為 45W,設(shè)此變壓器的效率為 80%，則由 Pout=Pin? =lin Vin ? 輸入平均電流 Iin=Pout/( Vin ? )=45/(242 )= 占空比為 ，在功率開關(guān)管導(dǎo)通期間的平均電流 Iav=Iin/? =1/=。在連續(xù)電流工作方 式時（不完全能量傳遞方式），較好的輸入電流波形為其紋波峰峰值為其最大峰值的一半，即 Ipp= AAIav ???? 多路輸出開關(guān)電源中高頻變壓器參數(shù)的計算： 輸入電壓： 300V DC 次級繞組輸出： 24V/； 12V/1A； 12V/； 5V/3A. 正激繞組 Uf取 13v P2=Σ UI=45W 取 ? = 得 P0=56W 臨界電感 mHP TDUL 6220221( m i n)1 ?? ?????? 匝數(shù)比：00 )1()1( UUnUnU dd ???? ????? )1( 0)24(11 ?????? UUn dv ?? )1( 0)12(12 ?????? UUn dv ?? )1( 0)5(13 ?????? UUn dv ?? )1( 0)13( ?????? UUn dvf ?? 開關(guān)管截止期間變壓器儲存能量完全釋放 ADU PI PP 5622 m a x( m in)1 01 ????? 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 28 初級繞組電流有效值為： 66( m a x)11 ??? ???? ??TTII onp 確定導(dǎo)線規(guī)格，取電流密度 ,則導(dǎo)線規(guī)格 mmJId 111 ???? mmJId V 1)24(21 ???? mmJId v 1)12(22 ???? mmJId v 1)5(23 ???? 工作磁感應(yīng)強度 B 可在 到 02T 之間選取 確