开关电源课程设计报告.doc

电力电子课程设计报告
题目：开关电源课程设计
专业：电气自动化
班级：电气1012
姓名
学号:
日期： 2011 年11月 16日
一、设计要求
（1）输入电压：AC220±10%V
（2）输出电压: 12V
（3）输出功率:12W
（4）开关频率: 80kHz
二、反激稳压电源的工作原理
图2-1 反激稳压电源的电路图
三、 反激电路主电路设计
（3-1）
1. 反激变压器主电路工作原理
反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
反激电路的理想化波形
S
u
S
i
S
i
VD
t
on
t
off
t
t
t
t
U
i
O
O
O
O
反激电路原理图

1）工作过程：
S开通后，VD处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加；
S关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。
反激电路的工作模式：
B
R
B
S
B
H
O
图 8-18 磁心复位过程

电流连续模式：当S开通时，W2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系：
电流断续模式：S开通前，W2绕组中的电流已经下降到零。 输出电压高于式（8-3）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，….因此反激电路不应工作于负载开路状态。
2. 设计原则和设计步骤
变压器设计步骤：
1）计算原边绕组流过的峰值电流。
2）求原边绕组电感。
3）选择磁心尺寸。
4）计算气隙。
5）原边绕组匝数计算。
6）副边绕组匝数计算。
7）副边绕组线径。
8）辅助绕组设计。
（1） 变压器设计
包括磁芯参数计算和选型；绕组匝数的计算和选线。
1.总输出功率 P0=12V×1A=12W
2.估算输入功率 η=75% P= = =16W
3.直流输入功率 AC 220V±10%
Vin=AC 220×(1-10%)×1.414=DC 280V
Vin=AC 220×(1+10%)×1.414=DC 342V
4输入电流
Iin===0.057A
Iin===0.047A
反激电路
1）计算原边绕组流过的峰值电流IP
P0=1/2LpI2avef （1.1）
设电路工作在不连续状态
Vin=Lp
=DmaxTs
得Vin=Lp （1.2）
式（1.1）与（1.2）之比为
=（1/2LpI2avef）/（Lp）
令Iave=Ip
得 Ip=
令=0.4S
得Ip==0.19A
2） 求原边绕组的电感值
LP==
==8.29mm
APP=(6.33LpIpdw2)×108
=3.17×10-4cm4
ΔB=1/2BS=1/2×3900GS=1950GS
AP=Ae*Aw40.96mm2×78.08mm2
1/2LpIp2=1/2ΔBHVG
VG= Ae*lg(cm2)
lg==0.024m2
lg’=1/20.024=0.012
3）选择磁心尺寸。
4）计算气隙。
5） 原边绕组匝数
N=Vin
L=Vin
NP=
=197匝
6） 副边绕组匝数计算
VO+VD=Vin*
N=
=11.8≈12
7） 副边绕径
电流密度大约4.3A/mm2
1A÷（4.3A/mm2）=0.23 mm2
N≈4股
选择多股绞线 每股d=0.3mm
N*∏*（）2=0.23 mm2
4*∏*（）2*4.3 A/mm2=1.2A
d=0.2mm
8）辅助绕组设计。
（2）输出电容的设计
（3）设计数据
变压器：

原边T1
T2
副边t1
t2
匝数
197匝
197匝
12匝
12匝
线径
0.21mm
0.21mm
0.38mm
0.21mm
线股数
1
1
2
1

元件名称
元件规格
封装
数量
备注
电容
10u/400V
RB电解
1

470u/35V
RB电解
2

100u/25V
RB电解
1

220u/25V
RB电解
1

102
0805
2

103
0805
3

二极管
IN4007
DIODE0.3
2

IN4148
DIODE0.3
2

RF107
DIODE0.3
1

排座
2.54-2P插座

1

5.08-2P插座

1

单排针40p

1

单排座40p

1

电感
300UH
引脚脚5mm立式
1

MOSFET
SSS 3N90A
I2PAK（TO-220)
1

金属膜电阻
0 1/4W
0805
1

100 1/4W
0805
1000

1K 1/4W
0805
1

3.3K 1/4W
0805
1

5.1K 1/4W
0805
1

20K 1/4W
0805
1

0 1/4W
AXIAL0.3
1

22 1/4W
AXIAL0.3
1

2.2 1/4W
AXIAL0.3
1

510 1/4W
AXIAL0.3
1

1K 1/4W
AXIAL0.3
1

75K 1/4W
AXIAL0.3
1
也有1w的

510/1W
AXIAL0.3
2

电源线
两线，单插头
引脚2.54mm
　 1

两线，单插头
引脚5.08mm
1

集成芯片
UC3845
SOP8
1

整流桥（堆）
400V 2A

1

万用板
90*150

1

磁芯
EE型

2

变压器骨架

1

变压器胶带
黄色

1

变压器
漆包线
直径0.2

1

变压器
漆包线
直径0.3

1

散热片
螺丝

1

四、 反激电路控制电路设计
1. 控制电路工作原理
UC3845的工作原理是：电压给定与反馈电压经误差放大作为门限电压U 与反馈电流经采样后的电压V一起到电流感应比较器，当超过门限电压后，谈比较器输出为高电平，进到RS触发器的复位端R，使输出Q为高电平，经或非门输出为低电平关断功率管，并保持过种状态直至振荡器输出脉冲到触发器置位端S和或非门为止=当振荡器输出为高电平时，或非门始终输出低电平，功率开关管始终关断，段时间由振荡器输出脉冲宽度决定，在振荡器输出脉冲下降的同时，RS触发器输出Q变为低电平，经或非门输出变为高电平，输出控制脉冲如此周期性地工作。PWM 信号的上升沿由振荡器决定．下降甜由功率开关管电流和输出电压共同决定。反转触发器T限制PWM 的占空比调节范围在0—50 之内。UC3845的振荡器工作频率由4端外接的定时电阻R『，定时电容GT设定，其计算公式为f_-】／T- 1／0．55R1Cr= 1．8／RlCVcc。UC3845内部电路框图及引脚，第1脚是补偿端，外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。第2脚是反馈端，将取样电压加
至误差放大器AI的反相输端．再与同相输端的基准电压进行比较，产生误差电压 第三脚电压小于1时，脉竟调制器处于正常工作状态，当3脚电压等于或大于IV时，矾m 电流感应比较器辅出高电平将PWM存器复位，使输出关闭 如果故障消失，下一个时钟脉冲将使PWM存器自动置位UC3845的辅^端设置了一个34V的稳压管，可有效地防止高压而造成的损坏。
2. 设计步骤
选择功率开关管和整流二极管
反激电源主电路其他器件。
五、波形分析
1、功率开关管驱动信号
2、功率开关管漏-源电压
3、变压器次级电压
4、功率开关管电流
5、输出电压以及纹波
六、电源稳压特性
表6-1 反激稳压电源的电路图
负载
48
48
48
48
20
输入电压
150
180
200
220
220
输出电压
11.50
11.50
11.52
11.54
11.22
七、调试过程
先调试检验控制芯片，同过输入10V左右的电压，通过示波器观察输出波形，得到一个矩形波，以及频率等数据，与标准值相比较
再把电网电压220V通过整流桥，把电源接入电路板，一开始缓慢加大电压，一直加到220V，观察输出电压，能否稳定在12V。
如有问题，通过万能表检查，更正，再调试。
最后达到设计要求。
八、心得体会
设计，给人以创作的冲动。在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为他能给人以美的幻想，因为他能给人以金般财富，因为他能给人以成就之感，更为现实的是他能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭、享用不尽。我就是以此心态对待此次开关电源课程设计的，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约有以下几点：
一、温故而知新。课程设计开始之时，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材，对知识点全面而系统的进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。
二、思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。
三、实践出真知。文革之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时至今日，开关电源课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上，反激电源控制电路不过是简单的电路，也便不以为然的用protel绘制电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路、接线不规则等等，不为则不知，无为则无知，实践出真知。
四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。因此，我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。
五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
总的来说，这次制作的反激电源控制电路还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，特别是变压器的绕制，测试总是没反应，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的道路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！