铁芯的选择本来是变压器设计的关键因素,因涉及到的内容较多,而本次设计的时间有限,所以本次设计采用的是EE28铁氧体铁芯,其在25摄氏度的磁导率为Bmax_25?0.5T,1000摄氏度时的饱和磁感应强度Bmax_100℃?0.39T,铁芯的初始磁导率为
2300u0。
在本次实习中提供的变压器的铁芯是变压器选择的相关参数包括:原副边匝数比、原边匝数、副边匝数和气隙,本次试验中用到的变压器的绕组的漆包线已经给定,无需选择。
(1)根据输入的最高直流电压和开关管Q的耐压确定原副边匝数比及其匝数:
根据实习任务的要求;需要的直流输出电压为6V,由器件本身的参数可以知道开关管Q两端所承受的最高的关断电压应为:
UQ?Ug?ep?Ug?降。
NpNs(U0?1),其中U0?1是考虑了整流二极管的导通压
如果考虑到漏感引起的
0.3Ug的电压尖峰,开关管两端承受的关断电压为:
UQ?1.3Ug?NpNs(U0?1),一般来说开关管的耐压需要在这个基础之上留下至少
UQ?1.3UQ?1.3*(1.3Ug?,NpNs30%的裕量。假设开关管的耐压极限为
NpNs?UQ,?1.32Ug1.3(U0?1)(U0?1)),
。
这就求出了匝数比的上限值,匝比只能比这个值小,不能比起大。在这个值的基础上选择一个匝比。就可以求出最大占空比,即最大导通时间。
为了保证电路工作于DCM模式,磁路储能和放电总时间应该控制在0.8T以
(Ug-1)Ton?内,所以Ton?Tr?0.8T
Np(Uo?1)Tr Ns
Np(Uo?1)*0.8TNs得:Ton?
Np(Ug?1)?*(Uo?1)NsNp所以:Dmax?Ns(U0?1)*0.8NpNs
(Ug?1)?(U0?1)(2)原副边匝数的计算:
根据器件的资料,可以查的磁芯的有效磁导面积Ae(80.9mm^2),原边的匝数应该保证在最大占空比是磁路仍不饱和,电压冲量等于磁链的变化量,固
Np?UgDmaxTBmaxAe,通常原边的匝数取到这个计算之的两倍。
(3)副边匝数的计算
根据上面两步的结果,很容易求出副边匝数。
(4)气隙长度的计算
在计算气隙长度之前,首先应计算原边的电感值。
P12假设变压器的输出功率为P0,效率为?,有以下关系成立:LpIsp?0T,
2?其物理意义是,一个开关周期内原边从电源吸收并存储的能量恰好等于系统的输出和损耗的能量。
所以可以得到Lp?2P0T,其中有以下关系; 2?Isp
P0??UgI1a?Ug12P0,带入上式可IspDT/T,则原边的峰值电流为:Isp?2?UgD2以得到初级电感。LP?Np/Rmp,Rmp?RmFe?Rm0?其中,Al为电感系数,Rmp为磁阻。
lglFe1lFe??(?lg) ?FeAe?oAe?0Ae?r把磁路画出来,可以求出气隙长度。如图6所示。
图6功率变换器磁路示意图
气隙的长度为lg??0AeAL?lFe?r??0AeLp2Np?lFe?r
6、控制系统的设计
反激式变换器的控制芯片主要有TOPSwitch系列芯片、UC384X系列芯片等,其中,应用比较多的是UC384X系列芯片,属于高性能固定频率电流模式集成控制器,该集成芯片的特点是,具有振荡器,温度补偿的参考,高增益误差放大器、电流比较器和大电流图腾柱输出,可直接驱动功率MOSFET,并能把占空比限制在50%内。其控制对象是控制流过功率开关管的峰值电流。
UC3845的控制原理示意图如图6所示,它主要由以下四部分构成。
振荡器:振荡器频率由定时元件和决定(),振荡器输出固定频率的脉冲信号,注意:由于UC3845会每隔一个时钟周期关闭一次输出,所以振荡频率是开关频率的2倍。开关频率通常取50KHz~100KHz左右。
电压误差放大器:误差放大器的作用是放大参考电压与反馈电压的差,其输出电压经两个二极管并经电阻分压后作为电流参考。在输入与输出隔离的开关电源中,为减少误差,通常采用外置电压环,即将UC3845内部的误差放大器旁路掉,由外部电压环的输出通过补偿输入引脚决定电流参考。在后面给出的电压反馈电路设计中会有更详细的说明。
电流比较器:电流比较器的门槛值error V 由误差放大器的输出给定,当电压误差放大器显示输出电压太低时,电流门槛值就增大,使输出到负载的能量增加。反之也一样。
触发器&锁存器脉宽调制:一方面,由振荡器输出的固定频率的脉冲信号给锁存器置位,开关管导通,电流sw I 线性增加,当电流检测电阻s R 上的电压达到电流比较器门槛值error V 时,电流比较器输出高电平,给锁存器复位,开关管关断,电流比较器的输出恢复低电平;另一方面,振荡器输出的脉冲信号同时输入触发器,使UC3845 每隔一个时钟周期关闭一次输出,这是UC3845 能把占空比限制在50%内的原因 ,并决定了振荡频率是开关频率的2 倍。
电流型控制的优点是本身具有过流保护功能,电流比较器实现对电流的逐周限制,属于一种恒功率过载保护方法,即维持供给负载的恒功率。 整个控制部分的原理图如下所示;
图7 UC3845控制原理示意图
7.UC3845的主要外围电路设计
(1) 供电
UC3845启动时,变压器T不工作,电容2 aC 上电压为0, 1aD 关断。g U 通过电阻1aR 给电容1aC 充电,当UC3845的7脚电源电压VCC的电压达到8.5V后,UC3845开始工作。此后变压器工作,辅助绕组开始输出电压(12V)为芯片供电。辅助绕组按输出绕组进行设计即可。
UC3845的启动电流只需1mA,因而限流电阻1aR 只需满足给芯片提供1mA的启动电流。芯片正常工作后需要的功率由变压器T的辅助绕组提供。注意考虑1aR 的功率,若超过1/4W可采用多个1/4W电阻并联来组成1aR 即可。
单端反激式开关电源的设计230转6V
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)