電力電子課程設(shè)計(jì)--單端反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告</p><p>　　---單端反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)要求根據(jù)所提供的元器件設(shè)計(jì)并制作一個(gè)小功率的單端反激式開(kāi)關(guān)電源。我設(shè)計(jì)的是220v/5v的反激式開(kāi)關(guān)電源，要求畫(huà)出必要的設(shè)計(jì)電路圖，進(jìn)行必要的電路參數(shù)計(jì)算,成電路的焊

2、接。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　1、基本反激變換器工作原理</p><p>　　基本反激變換器如圖 1 所示。假設(shè)變壓器和其他元器件均為理想元器件，穩(wěn)態(tài)工作。</p><p>　?。?）當(dāng)有源開(kāi)關(guān) Q 導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電流增加，會(huì)產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從下。而在副邊產(chǎn)生下

3、正上負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖 2(a)所示，無(wú)源開(kāi)關(guān) VD1 因反偏而截止，輸出由電容 C 向負(fù)載提供能量，而原邊則從電源吸收電能，儲(chǔ)存于磁路中。（2）當(dāng)有源開(kāi)關(guān) Q截止時(shí)，由于變壓器磁路中的磁通不能突變，所以在原邊會(huì)感應(yīng)出上負(fù)下正的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而在副邊會(huì)感應(yīng)出上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故 VD1 正偏而導(dǎo)通，如圖 2(b)所示，此時(shí)磁路中的存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)到副邊，并經(jīng)二極管 VD1 向負(fù)載供電，同時(shí)補(bǔ)充濾波電容 C 在前</p>&

4、lt;p>　　一階段所損失的能量。輸出濾波電容除了在開(kāi)關(guān) Q 導(dǎo)通時(shí)給負(fù)載提供能量外，還用來(lái)限制輸出電壓上的開(kāi)關(guān)頻率紋波分量，使之遠(yuǎn)小于穩(wěn)態(tài)的直流輸出電壓。</p><p>　　2．反激變換器的吸收電路</p><p>　　實(shí)際反激變換器會(huì)有各種寄生參數(shù)的存在，如變壓器的漏感，開(kāi)關(guān)管的源漏極電容。所以基本反激變換器在實(shí)際應(yīng)用中是不能可靠工作的，其原因是變壓器漏感在開(kāi)關(guān)Q截止時(shí)，沒(méi)有

5、滿(mǎn)意的去磁回路。為了讓反激變換器的工作變得可靠，就得外加一個(gè)漏感的去磁電路，但因漏感的能量一般很小，所以習(xí)慣上將這種去磁電路稱(chēng)為吸收電路，目的是將開(kāi)關(guān)Q的電壓鉗位到合理的數(shù)值。在220V AC輸入的小功率開(kāi)關(guān)電源中，常用的吸收電路主要有RCD吸收電路和三繞組吸收電路。其結(jié)構(gòu)如圖3(a)(b)所示。</p><p>　　（a） (b)</p&

6、gt;<p><b>　　圖2吸收電路</b></p><p>　　3.單端反激式變換器變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在本次實(shí)習(xí)中提供的變壓器的鐵芯是EE28鐵氧體鐵芯，其在25攝氏度的磁導(dǎo)率為，鐵芯的初始磁導(dǎo)率為。</p><p>　　變壓器選擇的相關(guān)參數(shù)包括：原副邊匝數(shù)比、原邊匝數(shù)NS、副邊匝數(shù)和氣隙，本次試驗(yàn)中用到的變壓

7、器的繞組的漆包線(xiàn)已經(jīng)給定，無(wú)需選擇。</p><p>　?。?）原副邊匝數(shù)比及其匝數(shù)的確定：</p><p>　　根據(jù)實(shí)習(xí)任務(wù)的要求;需要的直流輸出電壓為8V和6V，由器件本身的參數(shù)可以知道其耐壓。，如果考慮到漏感引起的的電壓尖峰，開(kāi)關(guān)管兩端承受的關(guān)斷電壓為：</p><p>　　，一般來(lái)說(shuō)開(kāi)關(guān)管的耐壓需要在這個(gè)基礎(chǔ)之上留下至少30%的裕量。假設(shè)開(kāi)關(guān)管的耐壓極限為，

8、。</p><p>　　為了保證電路工作于DCM模式，磁路儲(chǔ)能和放電總時(shí)間應(yīng)該控制在0.8T以?xún)?nèi)，所以,</p><p>　?。?）原副邊匝數(shù)的計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)器件的資料，可以查的磁芯的有效磁導(dǎo)面積，原邊的匝數(shù)應(yīng)該保證在最大占空比是磁路仍不飽和，電壓沖量等于磁鏈的變化量，固，通常原邊的匝數(shù)取到這個(gè)計(jì)算之的兩倍。副邊匝數(shù)根據(jù)變比可以求出。</p&

9、gt;<p>　?。?）氣隙長(zhǎng)度的計(jì)算</p><p>　　假設(shè)變壓器的輸出功率為，效率為，有以下關(guān)系成立：</p><p>　　，所以可以得到，其中有以下關(guān)系；</p><p>　　，則原邊的峰值電流為：，帶入上式可以得到初級(jí)電感。</p><p>　　其中，為電感系數(shù)，為磁阻。</p><p><

10、;b>　　氣隙的長(zhǎng)度為</b></p><p><b>　　4、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）振蕩器：振蕩器的頻率有定時(shí)元件，決定，，f選90*2=180KHZ。</p><p>　?。?）電壓誤差放大器：在本次實(shí)習(xí)中在輸入與輸出的隔離開(kāi)關(guān)電源中，為了減小誤差，通常采用外置電壓環(huán)，即將U3845的內(nèi)部誤差放

11、大器旁路掉。</p><p>　?。?）電流比較器:電流比較器的門(mén)檻值有誤差放大器的輸出給定，當(dāng)電壓誤差放大器顯示輸出電壓太低時(shí)，電流的門(mén)檻值就增大，使輸出到負(fù)載的能量增加，反之也一樣。</p><p>　　整個(gè)控制部分的原理圖如下所示：</p><p><b>　　圖5控制部分原理圖</b></p><p><b

12、>　　（1）UC3845</b></p><p>　　UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專(zhuān)為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)。其欠壓鎖定門(mén)限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達(dá)500千赫輸出開(kāi)關(guān)頻率；在反激式應(yīng)用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時(shí)間從50%~70%可調(diào)；自動(dòng)前饋補(bǔ)償；鎖存脈寬調(diào)制，用于逐周期限流；內(nèi)部微調(diào)的參考源；帶欠壓鎖定；大電流圖騰柱輸出；輸入欠壓鎖定，帶滯后；啟動(dòng)及

13、工作電流低。</p><p>　　芯片管腳圖及管腳功能如圖6所示。</p><p>　　圖6 UC3845芯片管腳圖</p><p>　?。?）TL431是一個(gè)良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)極（ANODE）、參考端（REF）。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以可以用來(lái)制作多種穩(wěn)壓器件。<

14、/p><p>　　其具體功能可用圖7的功能模塊示意。由圖可看出，是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管，電流將從1到100mA變化。</p><p>　　圖7 TL431的功能模塊示意圖</p><p>　　在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，

15、一般輸出經(jīng)過(guò)TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來(lái)調(diào)整一個(gè)電流模式的PWM控制器的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p><b>　?。?）PC817</b></p><p>　　PC817是一個(gè)比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中腳1為

16、陽(yáng)極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。</p><p>　　在開(kāi)關(guān)電源中，當(dāng)電流流過(guò)光二極管時(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時(shí)PC817光電耦合器不但可起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。 </p><p>　　圖8 PC817內(nèi)部框圖</p><p>　　5、具體參數(shù)的計(jì)算與選擇</p>&l

17、t;p>　　匝數(shù)比計(jì)算：先計(jì)算U=220V，輸出5V。經(jīng)過(guò)整流橋整流以后=1.2*220=264V，，由于變比的取值要小于計(jì)算值，于是變壓器的變比取到K=10，下面計(jì)算最大占空比：=，在電路的設(shè)計(jì)中我們?nèi)〉筋l率f=90KHZ，于是S，于是有得到10.7653，實(shí)際取到的原邊的匝數(shù)為，由原邊匝數(shù)及其變壓器的變比得到10副邊繞組的匝數(shù)為匝。</p><p>　　原邊電感及其氣隙長(zhǎng)度的計(jì)算：</p>

18、<p><b>　　由，，</b></p><p><b>　　H，</b></p><p><b>　　輔助繞組的計(jì)算</b></p><p>　　輔助繞組的計(jì)算和副邊繞組的計(jì)算方法一樣，只不過(guò)，按照比例關(guān)系得變比K=4.62，.由于變比一般取較小的值，因此，K取4，取5匝。</

19、p><p><b>　　電流檢測(cè)參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　電流檢測(cè)電阻，所以。但實(shí)際選取1歐姆，2瓦的電阻。</p><p>　　電壓反饋控制參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　所以：</b></

20、p><p>　　，于是根據(jù)已有的元件取到</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　所以實(shí)際取</b></p><p><b>　　選取</b></p><p><b>　　反饋電阻計(jì)算：</b></

21、p><p>　　實(shí)習(xí)中的問(wèn)題總結(jié)及分析</p><p>　　在焊接電路時(shí)，同名端連接錯(cuò)誤。</p><p>　　分析：個(gè)人問(wèn)題，檢查電路時(shí)發(fā)現(xiàn)了，及時(shí)改了過(guò)來(lái)。</p><p>　　2、加負(fù)載后出現(xiàn)小幅電壓差。</p><p>　　分析：輸出濾波電容沒(méi)有選好，適當(dāng)增大容值可以緩解。</p><p>

22、　　3 芯片7管腳電壓有，但達(dá)不到8.5v</p><p>　　分析：與四管腳相連的電容沒(méi)有接地。</p><p>　　由于副邊繞組所產(chǎn)生的電壓時(shí)12v，而我們所計(jì)算出來(lái)的上拉電阻為200k多，而實(shí)際中我們采用的是150k，因而輔助繞組的所產(chǎn)生的電壓過(guò)大而上拉電阻分壓后仍然會(huì)有很大的電壓，從而使穩(wěn)壓二極管燒壞。</p><p>　　分析：采用的措施是在給上拉電阻串

23、上一個(gè)10k的電阻后不出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題。</p><p>　　上電測(cè)試時(shí)，變壓器發(fā)出聲音。</p><p>　　分析：我們所設(shè)計(jì)的頻率為90khz，而這個(gè)頻率人耳視聽(tīng)不見(jiàn)的，所以，這說(shuō)明我們的振蕩器和濾波電路的選取有所誤差，并不是變壓器的問(wèn)題。開(kāi)始我們的濾波頻率過(guò)小，后來(lái)更改濾波電阻后噪聲不可聽(tīng)見(jiàn)了。</p><p><b>　　6、調(diào)試技巧總結(jié)：</b

24、></p><p>　　首先將電路圖畫(huà)在紙上，將其分塊，此次課程設(shè)計(jì)的電路可分為整流塊、變壓器塊、芯片供電塊、電路塊、反饋塊。每焊好一塊測(cè)試一塊，這樣可以避免整體焊好之后檢查的時(shí)候無(wú)從下手。各個(gè)模塊都檢查焊好檢查無(wú)誤之后，上電整體調(diào)試。若無(wú)輸出，則應(yīng)首先檢查3845是否工作。方法是先測(cè)8號(hào)腳是否輸出5V電壓，若輸出是5V，則芯片工作，若輸出為4V多一點(diǎn)，則還應(yīng)檢查4號(hào)腳是否有RC震蕩波形。若有波形，則384

25、5確實(shí)在工作，相反，3845沒(méi)有工作，則應(yīng)查找芯片沒(méi)有工作的原因，例如，啟動(dòng)電阻是否過(guò)大，穩(wěn)壓管是否完好等。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)波形</b></p><p>　　由測(cè)試波形可得：紋波的含量仍然比較多，波形質(zhì)量不是很好。開(kāi)關(guān)管有瞬間斷開(kāi)。</p><p>　　我們分析，這可能是由于我們的輸出端的電容的取值太小，從而導(dǎo)致紋波的含量較多

26、。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)反激式開(kāi)關(guān)電源的工作情況有了深刻的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)UC3845芯片的學(xué)習(xí)，了解了它的工作方式，反饋原理，對(duì)閉環(huán)開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)有了全面的認(rèn)識(shí)。并且在電源各元件參數(shù)的計(jì)算，選取中，體會(huì)到了實(shí)際工程應(yīng)用與理論計(jì)算的關(guān)系。</p><p>　　在計(jì)算理論值時(shí)，

27、應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選取合適的值，并留有一定的穩(wěn)定裕度，安全且方便測(cè)試。</p><p>　　在焊接電路時(shí)，應(yīng)該提前規(guī)劃好電路的走向，本著跳線(xiàn)最少，簡(jiǎn)單便捷，看著舒服，安全不易造成短路等原則設(shè)計(jì)電路走向。不要到最后再各種跳線(xiàn)。還有，焊接電路一定要選擇一個(gè)好一些的電烙鐵，向我們組的電烙鐵，加熱后碰著焊錫半天沒(méi)反應(yīng)，最后導(dǎo)致焊的電路很難看。</p><p>　　要學(xué)會(huì)如何快速檢查電路時(shí)候被燒壞。這

28、樣便于更換燒壞的器件。</p><p><b>　　9、致謝</b></p><p>　　感謝這兩個(gè)周以來(lái)各位老師的辛勤指導(dǎo)和熱心幫助，使我們有機(jī)會(huì)獨(dú)立嘗試這種設(shè)計(jì)電路的工作并圓滿(mǎn)完成，為今后學(xué)習(xí)和工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)親身實(shí)踐，我們懂得了實(shí)際的工作并不是我們想得那么容易，焊接電路是一種細(xì)活，需要我們的耐心和仔細(xì)。</p><p>　　同時(shí)，