1、 开关电源作品设计论文设 计 题 目： 单端正激开关电源设计 学 院 名 称： 电子与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 091 班 姓 名： 陈永杰 学号： 09401170131 指 导 教 师： 孔中华 2012 年 5 月 25 日宁波工程学院开关电源论文 II摘要开关电源非常广泛地应用在通讯、计算机、汽车和消费电子产品等领域。电源设备用以实现电能变换和功率传递，是各种电子设备正常工作的基础，而高频高效小型开关电源又是开关电源发展的必然趋势，在通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等领域得到了越来越多的广泛应用。 在深入研究分析各种开关电源原理和
2、特点的基础上，根据导师根据项目布置的指标要求，论文设计了一种单端正激式高频单路输出开关电源。该开关电源的特点是以单端正激式为主拓扑，以电流型控制芯片 UC3842 和高频变压器为核心，采用 EMI 滤波器、MOSFET、输出滤波电路、采样反馈通道等主要元器件和电路模块，实现了单路稳定输出。论文所设计的开关电源输入为市电 220V 交流，输出电压为 10V 直流电压，输出最大电流为 40A，开关频率为 200KHZ。论文采用面积乘积法(AP)，确定了高频变压器的原副边形式以及铁芯材料的选择，设计了输出电路、系统补偿器以及启动电路和 EMI 滤波电路。论文设计好后，对所设计的单端正激式高频开关电源
3、电路系统进行全面仿真，仿真结果表明，各项指标符合要求。而后，做出实物，调试显示：该开关电源的输出电压调整特性、负载调整率、输出纹波、动态响应、温度变化等均满足了项目的指标要求，并且具有良好的过载、短路保护特性和波形特性，各项技术指标能够达到信息平台的供电要求。关键词： 高频开关电源； 单端正激式；AP 法变压器宁波工程学院开关电源论文 III目录摘要 II第 1 章 绪论 11.1 开关电源简介 .11.2 设计要求 21.2.1 设计任务 21.2.2 设计要求 21.2.3 设计内容 2第 2 章 开关电源设计 32.1 400W 单端正激开关电源总体设计方案 32.2 具体方案设计 .4
4、2.2.1 主电路设计 .42.2.2 基于 UC3842 控制电路设计 .62.2.3 变压器设计 .102.2.4 主要开关变换电路设计 .152.2.5 辅助电源的设计 .19第 3 章 元件选取 223.1 控制元件参数 .223.2 变压器设计元件参数选择 .233.2.1 工频变压器设计参数 .233.2.2 高频变压器设计参数 .26第 4 章 设计总结 36参考文献 37附录 38宁波工程学院开关电源论文 1第 1 章 绪论1.1 开关电源简介电源power supply; power source 向电子设备提供功率的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机
5、械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能.发电机.电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了.干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。电子设备都离不开可靠的电源，进入 80
6、 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。 电力电子技术的发展,特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了开关电源技术的发展。宁波工程学院开关电源论文21.2 设计要求1.2.1 设计任务设计并制作一个 AC-DC-AC-DC
7、 高频单端正激开关电源，输入电压为 220V，输出稳定电压为 10V，最大负载电流有效值为 40A。1.2.2 设计要求a.输入电压 AC220V(10 电压波动） ，频率 50Hz。b.输出电压 10V(9.5V 10.5V)，输出电流 40A(36 44A)，开关频率 200KHzc.主电路可以自己选择单端正激拓扑结构。d.要求计算出选用管子的参数及变压器和滤波电感电容的设计。e.报告名称 单端正激开关电源设计f.具有过流过压保护电路，具有一定的带负载能力，即在负载范围内输出电压保持稳定不变。1.2.3 设计内容本文详细讨论和分析了单端正激式开关电源和电源管理芯片 UC3842 的基本原理
8、；重点分析了高频变压器的设计方法并采用面积乘积（AP）法设计了本电源中的高频变压器；全面掌握开关电源的设计流程，设计出一个完整的开关电源电路原理图；采用仿真软件对设计电路进行了全面的仿真验证。并做出实物，调试测量参数。宁波工程学院开关电源论文3第 2 章 开关电源设计2.1 400W 单端正激开关电源总体设计方案图 2.1 所示是开关电源电路的典型结构，它主要由整流滤波电路、DC/DC变换电路、开关占空比控制电路以及取样比较电路等模块构成。前级整流滤波电路用来消除来自电网的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散，并将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。变换器是开关电源的关
9、键部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流滤波电路将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。取样电路和开关占空比控制电路通过检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大，调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。图 2.1 开关电源典型结构开关电源的基本工作原理：输入交流电（市电）首先经过整流滤波电路形成直流 VS，该直流电 V。再经过通、断状态。如图 2.2(a)所示波形 V。控制的电子开关电路后，变换成脉冲状态交流电 V0（图 2.2(b)） ，V 0再经电感、电容等储宁波工程学院
10、开关电源论文4能元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流电 V0（图 2.2(c)） 。显然，输出直流 V0 的大小取决于脉冲状交流电 V0的有效值大小（成正比） ，而 V0的有效值又与开关的导通占空比 DT ON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通过取样比较电路中的取样电阻 R1 和 R2 对输出电压 V0 取样，并使之与基准电压 VREF 进行比较，若取样电压高于 VREF，则比较电路输出 Ve 减小，取样控制占空比控制电路，使 TON/T 下降，从而使 V0 下降；若取样电压低于 VREF，则比较电路输出 Ve 增加，使 TON/T 增加，从而使 V0 增加，这样就可以使开关电
11、源的输出电压 V0 稳定在一个恒定值上。图 2.2 开关电源工作波形2.2 具体方案设计2.2.1 主电路设计单端正激变换器当 Buck 电路的开关管 Tr 与续流二极管 D 之间加入变压器隔离器 T1 便得到图 2-3 所示的单端正激变换器主回路电路图。宁波工程学院开关电源论文5T rD 1D 2D 3 C R oV sV oT 1P 1P 2sVLn : 1I pI LI o图 2-3 单端正激变换器主回路电路图由于正激式变换器的隔离元件 T1 是个典型变压器，因此在变压器副边电路中必有一个整流二极管 D2 和一个续流二极管 D3，同时也要注意到变压器原边和副边线圈的同名端有相同的相位。由
12、于是正激工作方式，在两只二极管后要加一个电感器 L 作为能量的储藏及传递元件。一般电感量大些，使得 Ip 较小。变压器 T1 的并绕一个绕组 P2 与二极管 D1 串联后接至 Vs，这个绕组主要起去磁复位的作用，同时把漏感存储的能量回传给电源。单端正激变换器中的高频变压器，其磁通只工作在磁滞回线的第一象限，应遵循磁通复位的原则。但其变压器不像单端反激变换器的变压器那样有储能作用，因此单端正激变换器的变压器的设计方法与反激式有很大差异。与脉冲变压器相同，单端变换器的变压器设计必须满足两个条件，一是服从电磁感应定律，二是在开关管导通期间确保磁芯不会饱和。下面给出计算公式：原边绕组匝数为： 8810
13、10()onpeemrEEDNABfB式中 E 为原边绕组输入电压值，D 为脉冲占空比，A e 是铁芯截面积（cm 2） ，B m是最大磁感应强度（G） ，Br 是剩余磁感应强度（ G） 。为了确保在开关管导通期间铁芯不发生饱和，磁场强度 H 应当满足：，maxI0.4pcNl宁波工程学院开关电源论文6其中 ，H 是磁场强度，lc 是铁芯平均磁路长度（cm） ，Im 是磁化电流mIponVtL（A） ，Lp 是原边绕组励磁电感。2.2.2 基于 UC3842 控制电路设计2.2.2.1UC3842 的简介继 MC1394、 AN5900 之后，人们又开发出功能更完善的它激单端输出驱动集成电路。
14、其特点是除内部 PWM 系统外，还设有多路保护输入和稳定的基准电压发生器，同时还具有小电流启动功能。典型的 UC3842 就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前广泛被各种普通电源采用，还被用于有源因数改善电路和高压升压式开关电源中。UC3842 是美国 Unitrode 公司 14生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。UC3842 为 8 脚双列直插式封装，其内部原理框图如图 1 所示。主要由 5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM 锁存器、高增益 E/A 误差放大器和适用于驱动功率 MOSFET 的大电流推挽输出电路等构成。端
15、1 为 COMP 端；端 2 为反馈端；端 3 为电流测定端；端4 接 Rt、Ct 确定锯齿波频率；端 5 接地；端 6 为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；端 7 为集成块工作电源电压端，可以工作在 840V；端 8 为内部供外用的基准电压 5V，带载能力 50mA。UC3842 是一种电流型开关电源集成控制器，其最大优点是外接元件少，外电路装配简单等。UC3842 的管脚配置如图 2-4 所示。UC3842 采用固定工作频率脉宽调制方式，输出电压或负载变化时仅调整导通宽度，图 2-5 给出了芯片内部原理图。UC3842 共八个引脚，各引脚功能如表 2-1。宁波工程学院开关电源论文7O U T
16、 P U T1234 5678C O M PV F BI S E N S ER T / C TV r e fV c cG N D图 2-4 UC3842 封装外形衰减器衰减器振荡器5 V 基准电压源门电路输出级输入欠压锁定电路RSQ1 脚2 脚3 脚4 脚5 脚6 脚7 脚8 脚2 . 5 V3 4 VP W M 锁存器误差放大器过流检测比较器U C 3 8 4 2图 2-5 UC3842 内部功能框图表 2-1 UC3842 引脚功能介绍引脚 功能1 误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性2 反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的 2.5V 基准电压进行比较
17、，产生误差电压，从而控制脉冲宽度3 电流检测输入端， 当检测电压超过 1V 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态4 定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RTCT)5 公共地端，它是组合的控制电路和电源地6 推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为 50ns 驱动能力为1A7 直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为 15mW85V 基准电压输出端，有 50mA 的负载能力宁波工程学院开关电源论文8其内部基准电路产生+5V 基准电压作为 UC3842 内部电源，经衰减得 2.5V电压作为误差放大器基准，并可作为电路输出 5V/50mA 的电源。振荡器
18、产生方波振荡，振荡频率取决于外接定时元件，接在 4 脚与 8 脚之间的电阻 RT 与接在4 脚与地之间的电容 CT 共同决定了振荡器的频率 f=1.8/RTCT。反馈电压由 2 脚接误差放大器反相端。1 脚外接 RC 网络以改变误差放大器的闭环增益和频率特性。6 脚输出驱动开关管的方波为图腾柱输出。3 脚为电流检测端，用于检测开关管的电流，当 3 脚电压大于或等于 1V 时，UC3842 就关闭输出脉冲，保护开关管不至于过流损坏。UC3842PWM 控制器设有欠压锁定电路。其开启阀值为16V，关闭阀值为 10V。正因如此，可有效地防止电路在阀值电压附近工作时的振荡。UC3842 的最高开关频率
19、可达 500kHz，其采用图腾柱输出电路，能够提供大电流输出，输出电流可达 1A，可直接对双极型晶体管和 MOSFET 进行驱动。内部有高稳定度的基准电源，典型值为 5.0V，允许有 +0.1V 的偏差。温度系数为0.2mV/，稳压性能好，其电压调整率可达 0.01%/V，能同第二代线性集成稳压器相媲美。启动电流小于 1mA，正常工作电流为 15mA。带锁定的 PWM 可以进行逐个脉冲的电流限制，具有内部可调整的参考电源，可以进行欠压锁定。2.2.2.2 利用 UC3842 设计单端正激变换器图 2-4 所示为 UC3842 单端正激控制原理图。宁波工程学院开关电源论文9U c 3 8 4 2
20、61284537R 11 k3421P c 8 1 7C 60 . 3 3 u fC 7 0 . 1 1 u fR 21 0 0 R 3 5 . 1 kC 1 80 . 0 1 u fR 45 . 1 kC 84 1 0 p f / 1 . 2 vZ D 11 6 vR 53 3 R 1 91 kR 60 . 5 C 94 7 u f图 2-6 PWM 脉冲控制驱动电路图 2-6 由分压电阻 R18 提供分得的电压接入 uc3842 的 7（vcc）管脚，uc3842 启动工作，由 6 端（output）输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原
21、边，同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没有能量输出。当6 脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能量。同时反馈线圈向 UC3842 供电。UC3842 内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为 16V 和 10V，电源电压接通之后，当 7 端电压升至16V 时 UC3842 开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为 15mA。由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护
22、功能。如图 43 所示，如果由于某种原因，输出端短路而产生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，R6 两端的电压上升，其中 R19 和 C8 组成滤波电路防止脉冲尖峰使电路误操作，UC3842 的脚 3 上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值 0.3V 达到 1V(即电流超过 15A)时，UC3842 的 PWM 比较器输出高电平，使 PWM 锁存器复位，关闭输出。这时，UC3842 的脚6 无输出，MOS 管 S1宁波工程学院开关电源论文10截止，从而保护了电路8。图 2-7 所示为 UC3842 单端正激变换器原理图。C 1R 9C 8D 3C 1 0C 1 1 R 1 1R 1 3R 1
23、4R 1 5C 1 3R 1 2接线端子C 9R 1 0输出U 1U 2TLU 3R 2C 2C 5C 4C 3C 6C 7R 5R 3R 7R 1R 6R 8C 1 2Q 1D 1D 2D 4R 4图 2-7 UC3842 单端正激变换器原理图单端正激变换器滤波电容 C 的计算公式为： 28osVDTL式中：V o 为输出电压（V） ；D 2 为关断时间占空比；T s 为开关周期（s ） ；L 为输出电感（H） ；V o 为输出纹波电压（ V）2.2.3 变压器设计2.2.3.1 变压器工作原理变压器室一种利用互感涡合的电感器件。它由磁芯和绕组组成，磁芯其导磁作用，并使变压器的电性能和经济指
24、标大大变好。接输入端的是初级绕组，起激磁和从输入端获取电能的作用，并通过它将输入电能转换为磁场能。输出端的是次级绕组，它将磁场能转换为电能供给负载。宁波工程学院开关电源论文11变压器的工作原理，可概括为空载、负载两种工作状态的三个物理过程。如图 2-8 所示：当开关 K 在断开位置时，匝数为 的初级绕组，接通交流电源1N后，变压器处在空载状态。此时第一个物理状态：初级绕组产生激励电流 ，1V 1I磁势 ,其产生磁场10INEemmeABHLI,1式中， 为磁感应强度， 为磁通量， 为磁芯有效长度， 为磁芯有mBeA效截面积， 为磁芯磁导率， 为初级绕组电流。1I空载第二个过程书：据电磁感应定律
25、，磁心里的交变磁通，在初级绕组两端产生自感电势 ，在次级绕组两端产生互感电势 ，此时称为磁生电过程。1E2E根据空载状态时，初级绕组的自感电势 的瞬时值为1tdNe设 ，则可得电压有效值 （其中 为波形系数， 为tmcos emfABKE11fK1N初级绕组匝数， 为磁感应强度， 为磁芯有效截面积，f 为电源频率）由电mBe磁感应定律，次级绕组互感电动势的瞬时值为 tdN2设 ，则可得电压有效值 （ 为次级绕组匝数） 。设tmcos emfABKE2初、次级电阻为零，则有 ，并可得 ，这是变压器的变21V， 1NV压原理。将图 2-8 中开关 K 置于接通位置，变压器便进入负载状态，出现地三个
26、物理过程：在次级绕组中互感电势使负载电路流过负载电流 ，且 ，2I21NI这是变压器的交变原理。宁波工程学院开关电源论文121 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 17-Sep-2010 Shet of File: C:Program FilesDesign Explorer 9 SEExamplesSKNZ502.DBDrawn By:N NI I121 21U U21 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 17-Sep-2010 Shet of File: C:Pr
27、ogram FilesDesign Explorer 99 SEExamplesSKNZ5022.DDBDrawn By:NI22 U2NI111U图 2-8 变压器结构示意图 图 2-9 变压器原理电路图2.2.3.2 变压器的制作工艺说明绕线A. 确定 BOBBIN 的参数 B 所有绕线要求平整不重叠为原则 C 单组绕线以单色线即可,双组绕线必需以双色线来分脚位,以免绕错 D 横跨线必需贴胶带隔离 E.疏绕完全均匀疏开 F. 密绕排线均匀紧密 G. 线圈两边与绕线槽边缘保持足够的安全距离 H. 套管长度必须足够,一端伸入绕线管的安全胶带以内,另一端伸出 BOBBIN 上沿面,但不得靠近 P
28、IN I. 最外层胶带切割在铁芯组合面,切割处必须被铁芯覆盖。 J. 胶带边缘与绕线槽平齐,胶带不歪斜,不反摺不破损。 K. 跨越线底下须贴胶带,保持跨越线与底下线圈绝缘。 缠线A 立式 BOBBIN ：粗线:：0.8 以上缠线 1 圈；细线 0.2-0.8缠线 1.5 圈；极细线 0.2以下缠线圈。 立式 BOBBIN 缠法之原则：缠线尽量压到底以不超过凸点为原则。 宁波工程学院开关电源论文13B 卧式 BOBBIN ：约缠 2-3 圈,疏绕不要压到底,以免焊锡时烫伤 BOBBIN,如果有宽度限制且规格严格时才用此方式，将缠线压到底后焊锡，再剪边 PIN，以减少整个变压器的宽度。C 横式（卧
29、式，BOBBIN 之缠法：约缠 2-3 圈疏绕，不要压到底以免焊锡时烫伤 BOBBIN。 注：如果产品有宽度限制且规格紧必须将缠线部分剪短时为特例，此时即必须将缠线尽量压到底。套管一般套管之位置规则： 外部：套管未端与 PIN 之距离愈短愈好，但切记绝对不可将套管缠在 PIN上会造成空焊现象。 内部：a 无边墙配合，平贴 BOBBIN 约 1/2L 的长度；b.有边墙配合，套管一定要在档墙内。 档墙胶带（margin tape）其宽度及材料不可任意更换，因为在设计变压器时其宽度及材质都是涉及安规需特别注意。 档墙胶带之宽度：一般需与绕线绕组的高度等高，以防止在绕线时铜线叠在假墙上，但如果因装
30、core 困难时有时会包约 1/2-3/4 的高度,但以绕线不叠在假墙为原则. 技巧: 有时因出入线粗又有套管时如果会影响其厚度时可采用跳过引出线的做法,此时要特别注意套管的位置,一定要有足够安全距离(深入假墙之宽度) 此点一定要深入假墙内有时因假墙缺口较大时或铜箔与 M/F 并绕时,无明显判别是否深入假墙或线上 M/T 时必须选用与 M/T 同宽度的安全棒,每颗进行测量. 铜片之绕制原则,一般有以下几种方式： A. 一圈不接引线,头尾不可短路,头尾之间有绝缘材料隔离 宁波工程学院开关电源论文14B. 一圈接引线,胶带宽度必需大于铜片的宽度, C.一圈以上之铜片两根引线 D. 中间抽拓型之铜片
31、,三根引线 理线1） 直立式理线标准 A.细线，粗线均需理满一圈以上，理线位置介于底座与凸台的 2/3 高处（不足者增加理线圈数） B.线头长不可超过相邻两脚距离的一半且最长不可超过 1mm。 C.多组线并绕理线，细线放在最上层且不可理完一股再理另外一股。 D.如有套管时，套管的长度不低于底座 E 同槽不同脚理线时，同向而绕则。 2） 卧式理线标准 A.理线平均分布在脚上，线头至少要超过线脚的一半（不足者增加理线圈数补足，但最多不可超过线脚长） B.理线自脚根部理起螺旋向上且最少理满一圈以上。 C.线头长不可超过相邻两脚距离的一半且最长不可超过 1mm。 D.多组线并绕理线，细线放在最上层且不
32、可理完一股再理另外一股。 E.同槽不同脚理线时，同向而绕则可以且套管的长度不低于底座，不靠近 PIN。 焊锡1） 焊锡后 PIN 脚平整光滑，不沾异物。 2） 线头不高于凸点。 3） 焊锡后 BOBBIN 完整，无容损及脚短现象。 4） 焊油残留少，无沾锡，无短路。 5） 胶带无容损。 6） 焊锡最少焊满一圈。 宁波工程学院开关电源论文157） 焊锡后不能有横向锡尖。 组合1） 铁芯组合面平整，无歪斜。 2） BOBBIN，CORE ，接线脚保持整洁，无沾附杂质及胶类。 3） 认清有 GAP 的 CORE 放在哪个方向。 4） EE，EI，UU 型 CORE 最大歪斜不可大于 0.5mm 或
33、1/10CORE 宽度。2.2.4 主要开关变换电路设计2.2.4.1 滤波电路输入滤波电路具有双向隔离作用，它可抑制从交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。图 2-10所示滤波电路是一种复合式 EMI 滤波器，L 1、L 2 和 C1 构成第一级滤波，共模电感 L3 和电容 C2、C 3 进行第二级滤波图 2-10 输入滤波电路C1 用于滤除差模干扰，选用高频特性较好的薄膜电容。电阻 R 给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。C2、C3 跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰。为了减小漏电流，C2、C3 宜选用陶瓷电容器
34、7。2.2.4.2 整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。下面分析整流电路时，为简单起见。把二极管当作理想元件来处理。即认宁波工程学院开关电源论文16为它的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。电路如图 2.15(a)所示，图中乃为电源变压器，它的作用是将交流电网电压V0 变成整流电路要求的交流电压 。是要求直流供电的负载电阻，RLt,sinV2四只整流二极管 D1D4。接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图 5.1(b)是它的简化画法。在电源电压 V2 的正、负半周（设 a 端为正，b 端为负时是正半周）内
35、电流通路分别用图 2-11(a)中实线和虚线箭头表示。负载足，上的电压 V0 的波形如图2-12 所示。电流的波形与 V0 的波形相同。显然，它们都是单方向的全波脉动波形。单相桥式整流电压的平均值为0 222 9.01VtdSin图 2-11 单相桥式整流电路图宁波工程学院开关电源论文17图 2-12 单相桥式整流电路波形图直流电流为I0=0.9V2/RL 在桥式整流电路中，二极管 D1、D 3 和 D2、D 4。是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为Id=0.5IL二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从图 2.15(a)看出。在 V2 正半周时，D1、D 3 导通，D 2、D 4
36、 截止。此时所承受到的最大反向电压均为 V2 的最大值，即2RDMV同理，在 V2 的负半周 D1、D 3 也承受同样大小的反向电压。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。电路的缺点是二极管用的较多。2.2.4.3 反馈电路 宁波工程学院开关电源论文18电流反馈电路电流反馈电路采用电流互感器，通过检测开关管上的电流作为采样电流，原理如图 2-13 所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈两路，R 2 上的电压反
37、映电流瞬时值。开关管上的电流变化会使 UR2 变化，U R2 接入 UC3842 的保护输入端脚，当 UR21V 时，UC3842 芯片的输出脉冲将关断。通过调节 R1、 R2 的分压比可改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期比较，属于限流式保护。输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，属于截流式保护。两种过流保护互为补充，使电源更为安全可靠。采用电流互感器采样，使控制电路与主电路隔离，同时与电阻采样相比降低了功耗，有利于提高整个电源的效率 1。图 2-13 电流反馈电路电压反馈电路电压反馈电路如图 2-14 所示。输出电压通过集成稳压器 TL431 和光电耦合器反馈到 UC3842 的脚，
38、调节 R1、R 2 的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压 UO 升高，集成稳压器 TL431 的阴极到阳极的电流增大，使光电耦合器输出的三极管电流增大，即 UC3842脚对地的分流变大，UC3842 的输出脉宽相应变窄，输出电压 UO 减小。同样如果输出电压 UO 减小，可通过反馈调节使之升高 10。宁波工程学院开关电源论文19图 2-14 电压反馈电路2.2.4.4 电压保护电路图 2-15 所示为输出过电压保护电路。稳压管 VS 的击穿，电压稍大于输出电压额定值，输出正常时，VS 不导通，晶闸管 V 的门极电压为零，不导通。当输出过压时，VS 击穿，V 受触发导通
39、，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过 UC3842 控制开关管关断。图 2-15 输出过电压保护电2.2.5 辅助电源的设计2.2.3.1 LM7815 的基本特性LM7815 外形封装与引脚如图 2-16 所示。宁波工程学院开关电源论文20图 2-16 外形引脚排列图2.2.3.2 LM7815 电气参数三端稳压集成电路极限参数：Parameter 参数 Symbol 符号 Value 单位 Input Voltage 输入电压 (for VO =5V to 18V) VI 35 V (for VO =24V) VI 40 V Thermal Resistance Junction-Cas
40、es 热阻(结到壳) (TO-220) RJC 5 /W Thermal Resistance Junction-Air 热阻(结到空气) (TO-220) RJA 65 /W Operating Temperature Range 工作温度范围 TOPR 0 +125 Storage Temperature Range 储存温度范围 TSTG -65 +150 Electrical Characteristics 电气特性 (MC7815)LM7815(参照测试电路 ,0C TJ 125C, IO =500mA, VI =23V, CI=0.33F, CO=0.1F, 除非另有说明) Par
41、ameter 参数 Symbol 符号 Conditions 条件 MC7815 LM7815 单位 最小 典型 最大 Output Voltage 输出电压 VO TJ =+25 14.4 15 15.6 V 5.0mA IO 1.0A, PO 15W VI =17.5V to 30V 14.25 15 15.75 Line Regulation 线性调整率 (Note1) Regline TJ =+25 VI =17.5V to 30V - 11 300 mV VI =20V to 26V - 3 150 宁波工程学院开关电源论文21Load Regulation 负载调整率 (Note1
42、) Regload TJ =+25 IO =5mA to 1.5A - 12 300 mV IO =250mA to 750mA - 4 150 Quiescent Current 静态电流 IQ TJ =+25 - 5.2 8.0 mA Quiescent Current Change 静态电流变化 IQ IO =5mA to 1.0A - - 0.5 mA VI =17.5V to 30V - - 1.0 Output Voltage Drift 输出电压漂移 VO/ T IO =5mA - -1 - mV/ Output Noise Voltage 输出噪声电压 VN f =10Hz t
43、o 100KHz, TA =+25 - 90 - V/Vo Ripple Rejection 纹波抑制 RR f =120Hz VI =18.5V to 28.5V 54 70 - dB Dropout Voltage 电压差 VDrop IO =1A, TJ=+25 - 2 - V Output Resistance 输出电阻 rO f =1KHz - 19 - m Short Circuit Current 短路电流 ISC VI =35V, TA=+25 - 250 - mA Peak Current 峰值电流 IPK TJ =+25 - 2.2 - A 2.2.3.3 辅助电源的设计设
44、计电路图如图 2.17 所示，变压整流，芯片 LM7815 组成，提供 UC3825的 15V 稳定电源，保证 UC3825 正常工作。 D1IN3OUG70uFC+5图 2-17 辅助电源的结构设计图宁波工程学院开关电源论文22第 3 章 元件选取3.1 控制元件参数正激式滤波扼流圈的设计正激式滤波扼流圈就是正激式变压器的每个输出端上的滤波电感。它的目的就是当开关关断时，为负载储存能量。电气上的作用就是把开关方波脉冲积分成直流电压。确定所需最小电感的公式为：(min)4.1(in(ax)outTVLestoi式中，V in(max)为对应的输出端上整流后的最高峰值电压；V out 为输出电压
45、；T on(est)为估计的最大输入电压下，开关管导通时间；I out(min)为预先知道的输出端上负载最小电流。可以算出四路输出端所用电感的最小值：12V 输出端最小电感值L12min=(Vin(max)-Vout)Ton(est)/1.4Iout(min)=(20-12V)*1.2S/1.4*4A=2HC 1R 9C 8D 3C 1 0C 1 1 R 1 1R 1 3R 1 4R 1 5C 1 3R 1 2接线端子C 9R 1 0输出U 1U 2TLU 3R 2C 2C 5C 4C 3C 6C 7R 5R 3R 7R 1R 6R 8C 1 2Q 1D 1D 2D 4R 4图 3-1 UC3
46、842 单端正激变换器原理图宁波工程学院开关电源论文233.2 变压器设计元件参数选择3.2.1 工频变压器设计参数输入： 50Hz AC2V输出： (桥式电路，电容为 3300uF)17.D温度上升为 65 K MAX 绝级等级为 E 级电路如下图 3-1： 3uFT图 3-2 AC/DC由于只告诉我们桥式电路的直流电压和直流电流参数，因此我们不能直接将负载电流与负载电压之积等于输出功率，实际必须通过系数来转换，根据我们多年经验，实际计算功率如下：由于桥式电路中二极管有电流通过时，就一定有电压降 Ed，大约有0.5V0.8V 电压降，且桥式电路中每次整流时必须通过 2 个二极管，因此约有 1
47、V 压降；根据经验公式如下：现次级负荷交流电压 和交流电流 以及实效功率 VA 概算如下：EacIac(0.85 系数是直流变换交流电压系数)47.8(V1.085Eac( 1.65 系数是直流变换交流电流系数 )29A)6.7I3.4VA其中为： 是由直流电压转化相当于实效交流负荷电压值；Eac是由直流电流转化相当于实效交流负荷电流值；IVA 是由直流负载功率转化相当于交流负荷功率值。根据我公司多年累及出来的目录表，我们可以很快由输出功率 138W 得出选用宁波工程学院开关电源论文24EI83 铁心厚度为 50mm 铁心出来，我们通过计算很快就可知铁心重量为根据铁心面积和磁心的经验磁通密度进
48、而很得出：当 为 时我们可选1.80Kg mB1.48T初级圈数为 570 圈，再根据骨架的窗口面积可迅速计算出可选取线径为 ，通50.过铁心磁通密度和绘制的铁心励磁 VA 曲线图，不难得出此时为 ;进而得.VA/g出如下：励磁电流（相当于空载电流） 154()80/21.4I 0进而得出初级负载电流 IL： .7(A)=(0.154)2 (138/2)=IL 从而可得出电流密度 d： ).6(/m )(./*0.7/4d22根据实效功率、电流密度及温度上升条件可初步设定电压变动率为 7.5%左右，从而得出次级无负荷交流电压 ；0E51.4(V).748E0从而次级卷线 （设定圈数）：2N)13(5701.4/2N2 圈如果次级线径与初级一样电流密度的话： 1.= 4/.*(.89/6=s 可得出次级线径为 1. 根据上述骨架形状及计算方法可出：初级平均卷线长 L： 3.m次级平均卷线长 L： 26由线径与电阻曲线对应表： 铜线电阻： ; 5.0/k89.铜线电阻：117初级直流电阻 -61 10/mR ）（ 线 径 所 对
