【正文】 擾—無線頻率干擾(EMI RFl )：即那些由開關(guān)電源的開關(guān)元件引起的，不希望傳遞和發(fā)射的高頻能量頻譜。軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關(guān)波形的工作周期的方法。 遠(yuǎn)程檢測：電壓檢測的一種方法。 輸出瞬態(tài)響應(yīng)時間：從輸出負(fù)載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時間。 隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。 噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。 負(fù)載調(diào)整率：輸出電壓隨負(fù)載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。 輸出電壓保持時間：在開關(guān)電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。其測量條件是滿負(fù)載，輸入交流電壓為標(biāo)準(zhǔn)值。第二章 反激式開關(guān)電源的理論基礎(chǔ) 開關(guān)電源基本知識 下面列出一些本文所使用的開關(guān)電源基本知識，并給出解釋。此外，開關(guān)電源的熱測試、EMI測試、可靠性測試等技術(shù)的開發(fā)、研究與應(yīng)用也是應(yīng)大力發(fā)展的。用基于仿真的專家系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)電源的CAD，可使所設(shè)計的系統(tǒng)性能最優(yōu)，減少設(shè)計制造費用，并能做可制造性分析，是21世紀(jì)仿真和CAD技術(shù)的發(fā)展方向之一。在此基礎(chǔ)上，可建立模型庫。仿真模型中應(yīng)包括電力電子器件、變換器電路、數(shù)字和模擬控制電路，以及磁元件和磁場分布模型，電路分布參數(shù)模型等，還要考慮開關(guān)管的熱模型、可靠性模型和EMC建模。 開關(guān)電源的設(shè)計、測試技術(shù) 建模、仿真和CAD是一種新的、方便且節(jié)省的設(shè)計工具。顯然，在電磁兼容領(lǐng)域，存在著許多交叉科學(xué)的前沿課題有待人們研究。同時，開關(guān)電源內(nèi)部的控制電路也必須能承受主電路及工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場電磁噪聲的干擾。有些情況還會引起強電磁場輻射。 高頻開關(guān)電源的電磁兼容研究 高頻開關(guān)電源的電磁兼容問題有特殊性。 對輸入端功率因數(shù)要求不特別高的情況，用PFC和變換器組合電路構(gòu)成小功率ACDC開關(guān)電源，只用一個主開關(guān)管，稱為單管單級PF校正ACDC變換器，簡稱為S4。 功率因數(shù)校正ACDC開關(guān)變換技術(shù)一般高功率因數(shù)ACDC電源由兩級組成：在DCDC變換器前加一級前置功率因數(shù)校正器，至少需要兩個主開關(guān)管和兩套控制驅(qū)動電路。據(jù)報道，美國在20世紀(jì)90年代末，已開發(fā)出330181。 研究開發(fā)適合于功率電源系統(tǒng)用的新型電容器和超級大電容?；蚬璨牧霞稍阼F氧體上，是一種磁電混合集成技術(shù)。納米結(jié)晶軟磁薄膜也在研究。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，如5~6181。有待研究的問題還有：高頻磁元件的設(shè)計決定了高效率開關(guān)電源的性能、損耗分布和波形等，人們希望給出設(shè)計準(zhǔn)則、方法、磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)與電路性能的依賴關(guān)系，明確設(shè)計的自由度與約束條件等。尤其是磁元件的渦流、漏電感、繞組交流電阻Rac和分布電容等，在低頻和高頻下的表現(xiàn)有很大不同。 高頻磁技術(shù) 高頻開關(guān)變換器中用了多種磁元件，有許多基本問題要研究。 反激式開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外反激式開關(guān)電源發(fā)展?fàn)顩r，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦，輸出功率超過100瓦就沒有優(yōu)勢，實現(xiàn)起來有難度。大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。一般在小功率場合可選用反激式。半橋、橋式電路都屬于正激電路。正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時副邊感應(yīng)出對應(yīng)電壓輸出到負(fù)載，能量通過變壓器直接傳遞。反激式指在變壓器原邊導(dǎo)通時副邊截止，變壓器儲能。開關(guān)電源設(shè)計的目的是通過能量處理將輸入能量變化為所需要的能量輸出，通常的形式是產(chǎn)生一個符合要求的輸出電壓，這個輸出電壓的值不能受輸入電壓或者負(fù)載電流的影響。開關(guān)頻率終于突破了人耳聽覺極限的20KHZ。但當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到10KHZ左右時，變壓器、電感等磁性元件發(fā)出很刺耳的噪聲，給工作和生產(chǎn)造成了很大噪聲污染。 早期的開關(guān)電源的頻率僅為幾千赫，隨著電力電子器件及磁性材料性能的不斷改進(jìn)，開關(guān)頻率才得以提高。為了使穩(wěn)壓調(diào)整管可以發(fā)揮足夠的調(diào)節(jié)作用，穩(wěn)壓調(diào)整管必須工作在線性放大狀態(tài)，且保持一定的管壓降。其中的關(guān)鍵元件是穩(wěn)壓調(diào)整管，電源工作時檢測輸出電壓，通過反饋電路對穩(wěn)壓調(diào)整管的基極電流進(jìn)行負(fù)反饋控制。┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工業(yè)大學(xué)工商學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書反激式開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計目錄第一章 緒論 3 課題背景及選題意義 3 反激式開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3（SiC）功率半導(dǎo)體器件 4 高頻磁技術(shù) 4 4 功率因數(shù)校正ACDC開關(guān)變換技術(shù) 4 高頻開關(guān)電源的電磁兼容研究 4 開關(guān)電源的設(shè)計、測試技術(shù) 5第二章 反激式開關(guān)電源的理論基礎(chǔ) 5 開關(guān)電源基本知識 5 6 boost電路 6 boost電路的工作原理 7 boost電路特點： 8 buck電路 8 buck電路的工作原理 8 buck電路的特點 9 buckboost電路 9 buckboost電路的工作原理 10 12 12 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對比分析 13 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 13 反激電路 14 反激電路的工作原理 14 15 本章小結(jié) 15第三章 反激式開關(guān)電源整體設(shè)計 16 反激式開關(guān)電源的框圖設(shè)計 16 17 輸入電路的設(shè)計 17 輸入保護(hù)器件 17 輸入整流部分 18 共模電感和輸入濾波電容的選取 19 20 21 21 本章小結(jié) 26第四章 反激式開關(guān)電源控制電路和輔助電路設(shè)計 27 UC3845的原理及技術(shù)參數(shù) 27 UC3845的原理及特點參數(shù) 27 引腳及引腳功能 28 UC3845的工作原理的介紹 29 UC3845常用的電壓反饋電路的選用 30 30 31 33第五章 仿真電路的搭建與Multisim仿真 33 33 Multisim功能簡介 33 簡明教程 34 元器件的操作 35 電路圖選項的設(shè)置 36 導(dǎo)線的操作 36 輸入/輸出端 37 37圖54 Multisim中仿真電路圖 37 37 本章小結(jié) 40第六章 總結(jié)與展望 40致 謝 41參考文獻(xiàn) 42第一章 緒論 課題背景及選題意義 開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)簡單。這樣，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化，或負(fù)載變化引起電源的輸出電壓變化時，就可以通過改變穩(wěn)壓調(diào)整管的管壓降來使輸出電壓穩(wěn)定。因此，這種電源被稱為線性穩(wěn)壓電源。20世紀(jì)60年代末，垂直導(dǎo)電的高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管(亦稱巨型晶體管、BJT、GTR)的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世。為了減小噪聲，并進(jìn)一步減小電源體積，在20世紀(jì)70年代，新型電力電子器件的發(fā)展給開關(guān)電源的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，工作在高頻的開關(guān)電源己經(jīng)廣泛應(yīng)用于電氣和電子設(shè)備的各個領(lǐng)域。 開關(guān)電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這里主要談一談隔離式開關(guān)電源的拓?fù)湫问?，隔離電源按照結(jié)構(gòu)形式不同，可分為兩大類：正激式和反激式。原邊截止時，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負(fù)載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管多，雙管的不常見。按規(guī)格又可分為常規(guī)正激，包括單管正激，雙管正 激。 正激和反激電路各有其特點，在設(shè)計電路的過程中為達(dá)到最優(yōu)性價比，可以靈活運用。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功 率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時采用推挽電路，與半橋工作狀態(tài)相同。反激式電源因其結(jié)構(gòu)簡單，省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計是為儲能逆變項目做的一款為芯片供電的小功率電源，輸出只有幾伏，所以選擇反激式開關(guān)電源。（SiC）功率半導(dǎo)體器件 可以預(yù)見，碳化硅將是21世紀(jì)最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料，其優(yōu)點是：禁帶寬，工作溫度高（可達(dá)600℃），通態(tài)電阻小，導(dǎo)熱性能好，漏電流極小，PN結(jié)耐壓高等。 （1）隨著開關(guān)電源的高頻化，在低頻下可以忽略的某些寄生參數(shù)，在高頻下將對某些電路性能（如開關(guān)尖峰能量、噪聲水平等）產(chǎn)生重要影響。高頻磁技術(shù)理論作為學(xué)科前沿問題，仍受到人們的廣泛重視，如：磁芯損耗的數(shù)學(xué)建模，磁滯回線的仿真建模，高頻磁元件的計算機仿真建模和CAD、高頻變壓器一維和二維仿真模型等。 （2）對高頻磁性材料有如下要求：損耗小，散熱性能好，磁性能優(yōu)越。m超薄鈷基非晶態(tài)磁帶，1MHz（Bm=）時，~1W/cm3，是MHz高頻鐵氧體的1/3~1/4。 （3）研究將鐵氧體或其他薄膜材料高密度集成在硅片上。磁電混合集成還包括利用電感箔式繞組層間分布電容實現(xiàn)磁元件與電容混合集成等。要求電容量大、等效電阻（ESR）小、體積小等。F新型固體鉭電容，其ESR有顯著下降。這樣對于小功率開關(guān)電源說，總體效率低、成本高。例如一種隔離式S4PF校正AC/DC變換器，前置功率因數(shù)校正器用DCM運行的Boost變換器，后置電壓調(diào)節(jié)器主電路為反激變換器，按CCM或DCM運行；兩級電路合用一個主開關(guān)管。通常，它涉及到開關(guān)過程產(chǎn)生的di/dt和dv/dt，引起強大的傳導(dǎo)型電磁干擾和諧波干擾。不但嚴(yán)重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾，還可能危及附近操作人員的安全。由于上述特殊性和測量上的具體困難，專門針對開關(guān)電源電磁兼容的研究工作，目前還處于起始階段。如：典型電路與系統(tǒng)的近場、傳導(dǎo)干擾和輻射干擾建模；印制電路板和開關(guān)電源EMC優(yōu)化設(shè)計軟件；低中頻、超音頻及高頻強磁場對人體健康的影響；大功率開關(guān)電源EMC測量方法的研究等。為仿真開關(guān)電源，首先要進(jìn)行仿真建模。各種模型差別很大，因此建模的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是：數(shù)字模擬混合建模；混合層次建模；以及將各種模型組成一個統(tǒng)一的多層次模型（類似一個電路模型，有方塊圖等）；自動生成模型，使仿真軟件具有自動建模功能，以節(jié)約用戶時間。開關(guān)電源的CAD，包括主電路和控制電路設(shè)計、器件選擇、參數(shù)優(yōu)化、磁設(shè)計、熱設(shè)計、EMI設(shè)計和印刷電路板設(shè)計、可靠性預(yù)估、計算機輔助綜合和優(yōu)化設(shè)計等。現(xiàn)在國外已開發(fā)出設(shè)計DCDC開關(guān)變換器的專家系統(tǒng)和仿真用MATSPICE軟件。開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很多，但是最基本的電路就是boost，buck以及buckboost電路，本章大概的講述了幾種基本的電路和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從中選擇了適合本次設(shè)計的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。 ESR：等效串聯(lián)電阻。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。 啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護(hù)電路。為了防止不必要的功率損耗，在設(shè)計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用?；蛘吣軌蚣釉陂_關(guān)電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。條件是負(fù)載和周圍的溫度保持恒定。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。通常是以MV度量。它從輸入的交流電源直接進(jìn)行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。 過載或過流保護(hù)：防止因負(fù)載過重，使電流超過原設(shè)計的額定值而造成電源損壞的電路。為了補償電源輸出的電壓降，直接從負(fù)載上檢測輸出電壓的方法。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間?？焖俣搪繁Ｗo(hù)電路:一種用于電源輸出端的保護(hù)電路。 boost電路圖 21 boost電路 boost電路的工作原理 Boost電路（圖 21）即為升壓斬波電路，當(dāng)V1導(dǎo)通時，能量從輸入電源流入，并儲存于電感中，由于Q1導(dǎo)通期間正向飽和管壓降很小，所以這時二極管D1反偏，負(fù)載由濾波電容C供給能量，將C1中儲存的電能釋放給負(fù)載。 在Q1導(dǎo)通的期間，能量儲存于電感L1中，在截止的 期間，電感釋放的能量補充在導(dǎo)通期間給電容損失的能量。所以，如果在導(dǎo)通期間內(nèi)存的能量要在期間釋放出來，那么，L1上的脈沖必定比較高的。穩(wěn)壓電源達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓穩(wěn)定在所需的恒定值，只要適當(dāng)選擇電容C1，輸出紋波可做得足夠小，當(dāng)要求紋波為，直流輸出電流為是，由于在管子導(dǎo)通 (21) 當(dāng)Q1導(dǎo)通時，忽略管子導(dǎo)通壓降，電感上的電壓為輸入電壓,并且電流按速率線性上升，周期導(dǎo)通期間V1導(dǎo)通時，L1中的電流增量為 。由于占空比D總是小于1，總是大于。 boost電路特點： boost電路的電路相比較其他電路來的簡單，所以成本比較低，另外boost電路的輸出電壓高于輸入電壓，能夠起到升壓作用。由boost電路最為顯著的特點可以知道，boost電路只適用于升壓電路。控制脈沖使Q1導(dǎo)通之后，C開始充電，輸出電壓加到負(fù)載R兩端，在C充電過程中，電感L1內(nèi)的電流逐漸增加，儲存的磁場能量也逐漸增加。經(jīng)