单端正激开关电源设计.doc
- 文档编号:2390072
- 上传时间:2022-10-29
- 格式:DOC
- 页数:41
- 大小:1.84MB
单端正激开关电源设计.doc
《单端正激开关电源设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《单端正激开关电源设计.doc(41页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
宁波工程学院开关电源论文
《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
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
目录
摘要 II
第1章绪论 1
1.1开关电源简介 1
1.2设计要求 2
1.2.1设计任务 2
1.2.2设计要求 2
1.2.3设计内容 2
第2章开关电源设计 3
2.1400W单端正激开关电源总体设计方案 3
2.2具体方案设计 4
2.2.1主电路设计 4
2.2.2基于UC3842控制电路设计 6
2.2.3变压器设计 10
2.2.4主要开关变换电路设计 15
2.2.5辅助电源的设计 19
第3章元件选取 22
3.1控制元件参数 22
3.2变压器设计元件参数选择 23
3.2.1工频变压器设计参数 23
3.2.2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
1
第1章绪论
1.1开关电源简介
电源[powersupply;powersource]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
1.2设计要求
1.2.1设计任务
设计并制作一个AC-DC-AC-DC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200KHz
c.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;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。
第2章开关电源设计
2.1400W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)),V0'再经电感、电容等储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D=TON/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。
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:
式中E为原边绕组输入电压值,D为脉冲占空比,Ae是铁芯截面积(cm2),Bm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:
,
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(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。
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8~40V;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。
图2-4UC3842封装外形
图2-5UC3842内部功能框图
表2-1UC3842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,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/(RT×CT)
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±1A
7
直流电源供电端,具有欠、过压锁定功能,芯片功耗
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 端正 开关电源 设计