【正文】 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。 可以在輸入電壓為 AC220V 的情況下進(jìn)行設(shè)計和計算，得出數(shù)據(jù)后再進(jìn)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。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。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。 電感 L 的作用是濾除占波開關(guān)輸出電流中的脈動成分。 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。 圖 177。 177。 （ 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。當(dāng)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(zhǔn)電壓 比較放大器 過熱保護(hù) 過流及安全區(qū)保護(hù) 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(hù)二極管，以防輸入端短路時，輸出電容通過穩(wěn)壓器進(jìn)行放電使穩(wěn)壓器損壞；在輸出端、地端口跨接保護(hù)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(hù)的作用。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。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。 7900 系列是負(fù)壓輸入、負(fù)壓輸出，工作原理和 7800 系列基本相同。 （ 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。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。下面簡單介紹一下題目中所用到的三端集成穩(wěn)壓管。而由降壓整流濾波部分所輸出的負(fù)向電壓，通過集成穩(wěn)壓 LM7912 輸出的負(fù)向電壓 12V 穩(wěn)定電壓。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。肖特基二極管 SBD（ LT8229）是低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。 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?？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。濾波采用典型的扼流電感配合濾波電容 。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)。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。 （ 3）采用快速恢復(fù)二極管整流。還有功率管器件在開關(guān)過程中引起的高頻噪聲。解決方案是在電源輸入端加電容，以濾除此噪聲干擾。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。比如，由于電源電壓變化或負(fù)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(dāng)電源電壓變化或負(fù)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。 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。 反激式電路拓?fù)浞€(wěn)壓過程 當(dāng)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(dá)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。 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。 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(fù)載提供能量輸出，當(dāng)負(fù)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(jìn)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。 由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為 0，此時，流過變壓器次級 線圈中的電流就正好接替原來變壓器初級線圈中勵磁電流的作用，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。而反激式輸出電壓的峰值 Up則不會隨著輸出負(fù)載大小的變化而變化。 由公式 (35）和公式 (311），或者公式 (36）和公式 (312），并注意到，變壓器次線圈與初級 線圈的電感量之比正好等于 n2，就可以求得反激式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓為： DDnUU i??10 — 輸出電壓 (313） 公式 (313）中， Uo為反激式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓， Ui變壓器初級線圈輸入電壓， D為控制開關(guān)的占空比， n為變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比。即： niTLUi mof fx 1202 ??? — K 關(guān)斷期間 (311） m a x20 * BSTNU o f fx ???? — K 關(guān)斷期間 (312） 公式 (311）中， n 為變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比。實際上，i2(0)正好等于控制開關(guān)剛斷開瞬間流過變壓器初級線圈 N1繞組的電流被折算到次級繞組回路的電流，即： i2(0)=i1m/n；而 Φ(0)正好等于控制開關(guān)剛斷開瞬間變壓器鐵心中的磁通，即 Φ(0)=。由于反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器次級線圈 N2 繞組的輸出電壓都經(jīng)過整流濾波，而濾波電容與負(fù)載電阻的時間常數(shù)非常大，因此，整流濾波輸出電壓 Uo 基本就等于 uo 的幅值 Up。當(dāng)控制開關(guān) K 由接通突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷瞬間，流過變壓器初級線圈的電流 i1突變?yōu)?0，這意味著變壓器鐵心中的磁通也要產(chǎn)生突變，這是不可能的，如果變壓器鐵心中的磁通產(chǎn)生突變，變壓器初、次級線圈回路就會產(chǎn)生無限高的反電動勢，反電動勢又會產(chǎn)生無限大的電流，而電流又會抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通變化最終還是要受到變壓器初、次級線圈中的電流來約束的。當(dāng)開關(guān)電源工作于輸出臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，這里的 i(0)正好為 0，而 Φ(0)正好等于剩磁通 S*Br。因此，流過變壓器初級線圈 N1 繞組的電流就是變壓器的勵磁電流，變壓器初級線圈 N1繞組兩端產(chǎn)生自感電動勢可由下式表示： iti UddLe ?? 11 — K 接通期間 (31) 或 it UddNe ?? ?11 — K 接通期間 (32) 上面 2 式中， e1為變壓器初級線圈 N1繞組產(chǎn)生的自感電動勢， L1是變壓器初級線圈 N1繞組的電感， N1為變壓器初級線圈 N1繞組線圈的匝數(shù)， φ 為變壓器鐵心中的磁通。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 tu0UpUpUaUa0UpaUpaTonToffT 圖 反激式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出波形 圖 中，在控制開關(guān) K 接通的 Ton 期間，輸入電源 Ui 對變壓器初級線圈N1 繞組加電，初級線圈 N1 繞組有電流 i1 流過，在 N1 兩端產(chǎn)生 自感電動勢的同時，在變壓器次級線圈 N2 繞組的兩端也同時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但由于整流二極管的作用，沒有產(chǎn)生回路電流。 RKN1 CT U0..N2+UiDucI0 圖 反激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理 圖 是反激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖 中， Ui是開關(guān)電源的輸入電壓， T 是開關(guān)變壓器， K 是控制開關(guān)， C 是儲能濾波電容， R 是負(fù)載電阻。 RKu0..N2D1D2D3N1N3TUiucI0+CL. 圖 正激式變壓器開關(guān)電源工作原理 反激式變壓器開關(guān)電源工作原理 反激式變壓器開關(guān)電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設(shè)備中應(yīng)用最廣泛。因此，在圖 ，為了防止在控制開關(guān) K關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動勢擊穿開關(guān)器件，在開關(guān)電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈 N3繞組，以及增加了一個削反峰二極管 D3。如果把開關(guān)變壓器初線圈或次級線圈的同名端弄反，圖 激式變壓器開關(guān)電源了。圖 是正激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原 理圖，圖 中 Ui是開關(guān)電源的輸入電壓， T是開關(guān)變壓器， K是控制開關(guān)， L是儲能濾波電感， C是儲能濾波電容， D2是續(xù)流二極管， D3是削反峰二極管， R是負(fù)載電阻。當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈也正好向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為正激式開關(guān)電源；當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。 RUiKL1N1L2N2E1E2I0T u0.. 圖 單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理 所謂單激式變壓器開關(guān)電源，是指開關(guān)電源在一個工作周期之內(nèi)，變壓器的初級線圈只被直流電壓激勵一次。當(dāng)控制開關(guān) K接通的時候，直流輸入電壓 Ui首先對變壓器 T 的初級線圈 N1 繞組供電，電流在變壓器初級線圈 N1繞組的兩端會產(chǎn)生自感電動勢 e1；同時，通過互感 M的作用，在變壓器次級線圈 N2繞組的兩端也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 e2；當(dāng)控制開關(guān) K 由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)的時候，電流在變壓器初級 線圈 N1繞組中存儲的能量（磁 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 能）也會產(chǎn)生反電動勢 e1；同時，通過互感 M 的作用，在變壓器次級線圈 N2繞組中也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 e2。 單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理 圖 是單激式變壓器開關(guān)電源的最簡單工作原理圖。磁芯自然復(fù)