【正文】 得到廣泛應(yīng)用 。 課題 設(shè)計 內(nèi)容 設(shè)計多路輸出的反激式開關(guān)電源，指標(biāo)如下： (1) 輸入電壓： AC220V177。用 protel 軟件進(jìn)行電源電路原理圖與PCB 圖的設(shè)計，進(jìn)行電路調(diào)試，對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析處理，獲得多路輸出 反激式開關(guān)電源原理樣機(jī)。 反激變換器 工作原理分析 反激變換器由于電路簡單，所用元件少，適用于多輸出場合。其基本工作原理是：當(dāng)開光管 Q1 開通時變壓器原邊導(dǎo)通，輸入的直流電壓通過初級繞組向變壓器灌入能量； Q1 關(guān)斷時變壓器內(nèi)灌注的能量 通過次級繞組釋放，經(jīng) D1 整流、 C2 濾波后供負(fù)載使用。 R LV o u tC 2D 1N 2G N DQ 1N 1G N DV i nC 1T 1P W M 脈 沖產(chǎn) 生 電 路 圖 21 反激變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 工作方式選取 反激式開關(guān)電源主要有兩種基本工作模式： (1)連續(xù)工作模式，簡稱 CCM； (2)不連續(xù)工作模式，簡稱 DCM。 CCM 的工作原理： PWM 脈沖激勵開關(guān)管導(dǎo)通，這 時輸入電壓 加在原邊繞組上，原邊電感儲存能量，在下一 次脈沖到來之前，變壓器儲存的能量沒有釋放完全，使得次級電流沒有降到零便開始了下一個過程。所以 CCM 的特點(diǎn)是高頻變壓器在每個開關(guān)周期，都是從非零的能量儲存狀態(tài)開始的。 DCM 的開關(guān)電流從一定幅度開始，沿斜坡上升到峰值，然后又迅速回零，初級脈動 電流 RI 與峰值電流 PKI 的比例系數(shù) RPK ＜ 。利用 IR 與 IPK 的比例關(guān)系RPK (0～ ) 的數(shù)值，可以定量地描述開關(guān)電源的工作模式，其中 RPK 的關(guān)系如式 (21)所示 IPIPKRP＜KRP=IRIR CM連續(xù)工作模式DCM不連續(xù)工作模式 圖 22 工作模式 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 3 PKRRP IIK ? （ 21） 實際上 CCM 與 DCM 之間并無嚴(yán)格界限，而是存在一個過渡過程。反之， RPK 值較大，就表示連續(xù)程度較差，初級電感量較小，而 PKI 與 RSMI 較大，此時采用較大功率的控制器件和尺寸較小的高頻變壓器。對于同樣的輸出功率，采用 CCM 可使用功率較小的控制芯片，或者允許控制芯片工作在較低的損耗下。本設(shè)計選取 RPK ＜ ，即工作于 CCM模式。常用的調(diào)制方式有三種： PWM 脈寬調(diào)制、 PFM 脈頻調(diào)制和 PWMPFM 調(diào)寬調(diào)頻混合電路。在調(diào) 制期間脈沖周期 T 是固定不變的。脈沖寬度調(diào)制變化如圖 23 所示， T 不變， Ton 發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。脈沖頻率調(diào)制變化如圖 24 所示， Ton 不變，即脈沖寬度不變化，而周期發(fā)生變化，即頻率改變。 PWMPFM 調(diào)制方式是同時改變周期 T 和導(dǎo)通時間 Ton 兩個參數(shù)來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。 T o n T o f f( a )( b )T 改 變T o n 變 化 圖 25 PWMPFM 綜合調(diào)節(jié)方式 本設(shè)計采用第一種 PWM 調(diào)制方式，屬于 PWM 調(diào)制方式中的電流反饋模式。通過檢測端電流的大小來改變占空比的大小，實現(xiàn) PWM 調(diào)制，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。 變壓器及漏磁吸收回路輸出模塊整 流濾 波快速自恢復(fù)保險主控制芯片光耦隔離反饋模塊TL 431 比較模塊輸入模塊E M I 濾波前置保護(hù)全波整流濾 波u i2 2 0 V功 率 開 關(guān) 管 圖 26 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖 工作過程分析：接入 220V 交流電 ui；經(jīng)過保護(hù)電路之后；進(jìn)行 EMI 電磁濾波，濾除電源接入噪聲和自身噪聲干擾；橋式整流為 310V 左右的直流電壓；通過反激式主變換電路進(jìn)行電壓變換，主電路包括全波整流、濾波、高頻變壓器、漏磁吸收回路和功率開關(guān)管；經(jīng)過變壓器二次側(cè)變換之后送至后級同步整流電路進(jìn)行整流濾波；如輸出濾波效果不明顯，可增加后級濾波電路；在交流輸入電壓波動時，為了保證輸出 穩(wěn)定，需要進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，從后級輸出 Uo 端進(jìn)行采樣，采樣信號送至控制電路，經(jīng)過取樣、比較、放大等環(huán)節(jié)產(chǎn)生比率可調(diào)的脈沖信號來控制開關(guān)管作出相應(yīng)調(diào)整，從而使輸出穩(wěn)定。本章基于系統(tǒng)設(shè)計整體架構(gòu)，根據(jù)設(shè)計電源的功能要求和性能指標(biāo)，完成了變壓器的設(shè)計及各部分具體電路模塊分析、設(shè)計、參數(shù)計算及選取。如圖 31 所示為變壓器的設(shè)計基本流程。 MOSFET，額定電壓為 600V，故在 VINMAX 處，必須保留至少 30V 的裕量。漏極電壓為 VIN+Vz，于是有 VIN+Vz=242+Vz≤ 570 (35) Vz ≤ 570 一 342=228V (36) 需選擇標(biāo)準(zhǔn)的 180V 穩(wěn)壓管。在所有情況下， VZ/VOR=均為消耗曲線上的明顯下降點(diǎn)。則有 VVVVZZOR ?????? (37) 5V 輸出二極管正向壓降為 ， 則匝比為 ???? Do ORVV Vn (38) 15V 輸出電壓通常需經(jīng)后級線性調(diào)整器調(diào)整。為線性調(diào)整器正常工作提供必要的裕量。然而，也有些智能的交叉調(diào)整技術(shù)使得我們可以省掉此線性調(diào)整器。本設(shè)計中三路 15V 無后級調(diào)整器，可得 15V 輸出所需匝比為 128/(15+l)=8，其中假設(shè)二極管有 1V 壓降。最大占空比計算如式 (311)所示 ： )( m in )( DSOR ORMA X VV inV VD ??? (311) 其中 ORV 為反射電壓，是指當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷且次級電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時，次級電壓感應(yīng)到初級端的電壓值。 通過計算得到： 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 8 )152 4 0(1 6 0 1 6 0 ????M A XD (312) 估算峰值電流和紋波電流 平均電流 I AVG 和峰值電流 I PK可由式 (313)和（ 314）計算： AV PI in OAVG 55( m in ) ???? ? (313) ADKIIM A XRPAVGPK )2 ()21( ?????? (314) K RP 一般取 ；對于 230V 的交流輸入， K RP 一般取 。根據(jù)所用器件資料，本設(shè)計取 RPK 為 。若無氣隙，磁心一旦存儲少許能量就容易達(dá)到飽和。故若所加氣除太大，則必然導(dǎo)致匝數(shù)增多 — 這將增大繞組的銅耗 。故此時必須就實用進(jìn)行折中選擇，通常采用如下公式 (一般應(yīng)用于鐵氧體磁心 .且適用于所有拓?fù)?) ? ? cmfPr rVe NI???? (317) 其中 f 的單位為 KHZ 設(shè)計變壓器時，因需降低高頗銅耗、減小變壓器體積等各種原因，通常將 r 值設(shè)定為 左右。在 El40 中可以找到，其等效長度和面積在它的規(guī)格說明中己給出 cmAe? (319) 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 9 cmle ? (320) cmlAeVe e ????? (321) 稍大于所需尺寸，但剛好滿足要求。由于給定頻率的 r 和 L 表達(dá)式等效 ,故結(jié)合這些公式，磁通密度變化取最大值 (通過 r),即可得到非常有用的關(guān)于 r(為 MKS 制單位 )的電壓相關(guān)方程式 fAeB DVrN PKON ??? ???????? ?? 221 (323) 所以若無材料的磁導(dǎo)率、磁隙等信息。對于大多數(shù)的鐵氧體磁心 ,不管有無磁隙。所以求解 N 為 (此處 N 為 np，一次繞組匝數(shù) ) 31 21 34 ?????? ????????? ?? ?N匝 (324) 5V 輸出的二次繞組匝數(shù)為 3 5 ??? nnn ps匝 (325) 匝數(shù)值需為整數(shù)，但若將其約等于 1 匝將會導(dǎo)致產(chǎn)生較大的漏感，所以一般取匝數(shù)值為 sn =2 匝 (326) 根據(jù)相同的變比 (VOR 不變 ) ????? nnn sp 匝 (327) 15V 輸出繞組匝數(shù)通過計算 得 67 115_ ???? ??A U Xsn匝 (328) 其中假定 5V 輸出二極管有 的壓降 ,15V 輸出二極管有 1V 壓降。因為我們知道 BPK 與匝數(shù)成反比。由此所得值不但可預(yù)期估算，而且可接受。這就是為何需準(zhǔn)確設(shè)定 最大的占空比和 (或是 )電流限制，否則變壓器或電感會飽和，開關(guān)將會被損壞。允許峰值磁通密度變化取為 。 磁隙 最后 ,必須要考慮到材料的磁導(dǎo)率， L 與磁導(dǎo)率相關(guān)的方程有 HNleZL 2μ μ 0A e1 ????????? (333) 其中 z 為氣隙系數(shù) le lslez μ?? (334) 22 47620 1Aeμμ1 ????????? ? ???????????????? ? ??NleLz 所以 z = 最后，求解氣隙長度 )2020( glz ??? (335) mmlg ? (336) 由于 EI40 是在兩邊磁柱上播入氣隙，則兩邊 的氣隙墊片就必須為上述計算值的一半，這樣才能得到所需要的總氣隙長度。有UC184x/284x/384x三個大系列，分辨對應(yīng)不同的工作溫度范圍， UC184x是軍用的，UC 284x是工業(yè)級的， UC384x是商品級的。 在同一級別里，分別有 UC3842, UC3843, UC3844, UC3845四個型號，如表 31所示。 表 31 UC384x 系列芯片 型號 工作電壓 最大占空比 UC3842 10～ 16V 95% UC3843 ～ 95% UC3844 10～ 16V 50% UC3845 ～ 50% 從公式（ 337）中可以看出隨著占空比的提高開關(guān)管的耐壓要求 會變得很高。 UC3844 相對于同系列的 UC384x，最大的優(yōu)點(diǎn)是占空比不超過 50%，防止開機(jī)瞬間或負(fù)載短路時，變壓器可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象。 PWM 控制芯片 UC3844 的框圖，如圖 32 所示： 5 . 0 V參 考V c c欠 壓 鎖 定V r e f欠 壓 鎖 定振 蕩 器觸 發(fā) 器鎖 存 脈寬 調(diào) 制V c7 ( 1 1 )6 ( 1 0 )5 ( 8 )3 ( 5 )輸 出電 源 地電 流 取 樣地 5 ( 9 )V c c 7 ( 1 2 ) V r e f8 ( 1 4 )R T C T4 ( 7 )電 壓 反 饋 2 ( 3 )1 ( 1 )輸 出 比 較誤 差 放 大 器RR+_括 號 內(nèi) 的 數(shù) 字 是 D 后 綴 S O 1 4 封 裝 的 管 腳 號 圖 32 UC3844 的簡化框圖 UC3844 系列是專門設(shè)計用于離線和直流到直流變換器應(yīng)用的高性能，固定頻率，電流模式控制器，為設(shè)計者提供使用最少外部元件的高性能價格比的解決力一案。 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 12 表 32 UC3844 系列管腳功能 管腳 功能 說明 8管腳 14管腳 1 1 補(bǔ)償 該管腳為誤差放大輸出，井可用于環(huán)路補(bǔ)償。 3 5 電流取樣 一個 正比于電感器電流的電壓接到這個輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。工作頻率可達(dá) MHZ. 5 地 該