电力电子课程设计单端反激式输出开关电源设计

电力电子技术课程设计报告

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单端反激式单路输出开关电源

一、 设计任务及要求

本课程设计要求根据所提供的元器件设计并制作一个小功率的单端反激式开关电源。我们设计的反激式开关电源的输入是180V，输出是10V。要求画出必要的设计电路图，进行必要的电路参数计算，完成电路的焊接任务，并具有1A的带负载能力以及过流保护功能。

二、 设计原理及思路

1、反激变换器工作原理

假设变压器和其他元器件均为理想元器件，稳态工作下：

（1）当有源开关Q导通时，变压器原边电流增加，会产生上正下负的感应电动势，从而在副边产生下正上负的感应电动势，无源开关VD1因反偏而截止，输出由电容C向负载提供能量，而原边则从电源吸收电能，储存于磁路中。

（2）当有源开关Q截止时，由于变压器磁路中的磁通不能突变，所以在原边会感应出上负下正的感应电动势，而在副边会感应出上正下负的感应电动势，故VD1正偏而导通，此时磁路中的存储的能量转到副边，并经二极管VD1向负载供电，同时补充滤波电容C在前一阶段所损失的能量。输出滤波电容除了在开关Q导通时给负载提供能量外，还用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。

VD1+IoNpQNsC+RUoUg-

图 1 反激变换器的原理图

反激变换器的工作过程大致可以看做是原边储能和副边放电两个阶段。原边电流和副边电流在这两个阶段中分别起到励磁电流的作用。如果在下一次Q导通之前，副边已将磁路的储能放光，即副边电流变为零，则称变换器运行于断续电流模式（DCM），反之，则在副边还没有将磁路的储能放光，即在副边电流没有变为零之前，Q又导通，则称变换器运行于连续电流模式（CCM）。通常反激变换器多设计为断续电流模式（DCM）下。

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2、反激变换器的结构框图

Ug Uo 整流和功率变压输入整流交流输入 —— >输出 滤波 器 和滤波 控制器启吸收 动供电电电路 路 反馈网络 控制器 功率开关

3、反激变换器的吸收电路

实际反激变换器会有各种寄生参数的存在，如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。所以基本反激变换器在实际应用中是不能可靠工作的，其原因是变压器漏感在开关Q截止时，没有满意的去磁回路。为了让反激变换器的工作变得可靠，就得外加一个漏感的去磁电路，但因漏感的能量一般很小，所以习惯上将这种去磁电路称为吸收电路，目的是将开关Q的电压钳位到合理的数值。在220V AC输入的小功率开关电源中，常用的吸收电路主要有RCD吸收电路和三绕组吸收电路。

UgRCD吸收电路+VD1IoUg+VD1IoRsCsNpDsNsC+RUoLmNcNpNsC+RUoC1QC1Dc-Q-RiRi

图2 吸收电路

4、单端反激式变换器变压器的设计思路

在本次课程设计中提供的变压器的铁芯是EE28铁氧体铁芯，其在25摄氏度的磁导率为：

Bmax_25?0.5T，铁芯的初始磁导率为：

2300u0。

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）原副边匝数比及其匝数的确定：

需要的直流输出电压为10V，由器件本身的参数可以知道其耐压：

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UQ?Ug?ep?Ug? 如果考虑到漏感引起的的

NpNs(U0?1)

0.3Ug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30%的裕量。 假设开关管的耐压极限为：

UQ?1.3UQ?1.3*(1.3Ug?,NpNs(U0?1))NpN，s?UQ,?1.32Ug1.3(U0?1)

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以内，所以,

NpDmax?Ns(U0?1)*0.8NpNs(U0?1)

(Ug?1)? （2）原副边匝数的计算： 磁芯的有效磁导面积

Ae，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，故：

Np?UgDmaxTBmaxAe

通常原边的匝数取到这个计算之的两倍，副边匝数根据变比可以求出。 （3）气隙长度的计算 假设变压器的输出功率为

P0，效率为?，有以下关系成立：

P12LpIsp?0T2?

所以可以得到：

Lp? 其中有以下关系；

2P0T?Isp2

P0??UgI1a?Ug1IspDT/T2

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则原边的峰值电流为：

Isp?2P0?UgD，

LP?Np/Rmp,Rmp?RmFe?Rm02lglFe1lFe???(?lg)?FeAe?oAe?0Ae?r

Rl?A 其中，l为电感系数，mp为磁阻，气隙的长度为： g 5、控制系统的设计

（1）振荡器：振荡器的频率有定时元件RT，CT决定，f?1.8?0AeAL?lFe?r??0AeLp2Np?lFe?rRTCT，f选90*2=180KHZ。

（2）电压误差放大器：在本次实习中在输入与输出的隔离开关电源中，为了减小误差，通常采用外置电压环，即将U3845的内部误差放大器旁路掉。

（3）电流比较器:电流比较器的门槛值Verror有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，电流的门槛值就增大，使输出到负载的能量增加，反之也一样。 整个控制部分的原理图如下所示；

图3 控制部分原理图

（4）UC3845

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