反激式开关电源论文报告.docx

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反激式开关电源论文报告

编号：

开关电源技术

实训（论文）说明书

题目：

反激式开关电源制作

院（系）：

信息与通信学院

专业：

电子信息工程

学生姓名：

学号：

指导教师：

童有为

2016年01月15日

摘要

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

反激式开关电源变换器因其电路简洁，所用元器件少，成本低，是隔离变换器中最常用的一种。

本次设计将220V、50Hz的交流电（市电）转换成12V的直流输出。

该12V开关电源是以SD4870A为核心，其间经过变压、整流、滤波以及稳压等环节，使之满足输出需要。

关键词：

开关电源；反激式变换器；SD4870A

Abstract

Highfrequencyswitchpowersupplyisitsdevelopmentdirection,highfrequency,theminiaturizationofswitchpowersupply,switchingpowersupplyandtoenterintoawiderrangeofareas,especiallyinthehighandnewtechnologyinthefieldofapplication,promotedthehigh-techproductsofminiaturization,lightchange.Inadditionthedevelopmentandapplicationofswitchpowersupplyintheaspectofsavingenergy,savingresourcesandprotectingtheenvironmenthasimportantsignificance.

Flybackconvertersbecauseofitssimplecircuit,usedlesscomponents,lowcost,isoneofthemostcommonlyusedinisolationconverter.Thedesignwillleadtoa220v,50hzalternatingcurrent（mains）convertedto12vdcoutput.Theflybackswitchpowersupplyisthe12vSD4870asthecore,withvariablepressure,rectifier,filter,andvoltageregulator,tomeettheneedsoftheoutput.

KeyWords:

Switchingpowersupply;Theflybackconverter;SD4870A

引言

离线式变换器是由标准的DC-DC变换器拓扑衍生而来的。

在广泛应用于小功率场合的反激变换器拓扑中，其实是用多绕组电感代替常用的单绕组电感的buck-boost电路。

类似地，应用于中大功率场合的正激变换器，是buck的衍生拓扑，其中用变压器代替常用电感（扼流圈）。

反激变换器电感其实既起电感也起变压器作用，它不仅能像所有电感一样存储电磁能量，而且能像变压器一样提供电网隔离。

与此同时，变压器“匝比”决定的恒比降压转换功能。

1离线式变换器分类

1.1反激式变换器

反激式（Flyback）变压器，或称转换器、变换器。

因其输出端在圆边绕组断开电源是获得能量故而得名。

在反激式变换器中，能量从输入传到输出过程，所有能量必须通过电感或变压器中转。

其中，反激式变压器具有转换效率高、损失小等特点。

与此同时，由于输出电压中存在较大的纹波，负载调整率精度不高，因此输出功率受到限制；并且在电感电流连续模式（CCM）工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大等缺点。

1.2正激式变换器

在正激式变换器中，能量从输入端给电感或变压器充电的同时，也给后级供电。

正激式变压器开关电源是在变压器的初级线圈被直流电压激励是，变压器的次级线圈向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度是基本稳定的，此时尽管输出功率不停的变化，但输出电压的幅度基本还是不变，以此说明正激变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好；只有在控制开关处于关断期间，功率输出才全部由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。

与反激式变压器开关电源相比较，正激式变换器开关电源具有较好的电压和电流输出特性，但也存在缺点。

首先，其电路比反激式变压器多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管；其次，正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高，误差信号放大器的增益和动态范围也比较大；此外，其体积也比反激式变压器开关电源的大很多。

2工作原理

2.1原理图

图1原理框图

2.2工作原理

电路板电源接上220V交流电，电流流过热敏电阻（限流）和保险丝（保护），L线和N线之间加入安规电容（CX1）和安全电阻（ZNR1），其中保护接入电路，再经过共模电感（消除内外的电磁干扰），经过整流桥之后，电压升至约300V，大电容EC1用来滤波，电流经过R1、R2，并对电容EC2进行充电。

SD4870得到一个启动电压后启动，并通过1脚（GATE）控制场效应管SVD04N60F导通，电流经过变压器的异名端4脚对初级线圈进行储能，因为流过R1、R2的电流较小，不能维持SD4870A工作，SD4870A通过1脚给SVD04N60F的栅极一个低电平，场效应管不导通。

初级线圈通过电磁的互感作用开始放电，变压器2、3同名端为高电平，电流从2脚出流过二极管FR107，最后进入SD4870A的Vcc端，维持芯片持续工作，芯片的PWM占空比由SD4870A的5脚（RI端）设定，频率为6500/100=65KHz，从而芯片就产生相应占空比的PWM让场效应管SVD04N60F周期性工作。

次级线圈的电流由9、10同名端经过双向二极管（增大通过电流）进行半波整流，然后经过π型滤波器（电容EC4、电容EC5和电感L1组成，）滤波，最后输出电压为5V（R9用来消耗电能）。

当输出电压大于12V时，R13和R14间的电压大于2.5V，IC3导通，相当于导线，反馈电压在光电耦合器的发射端形成回路，光电耦合器工作，从而SD4870A的7脚（FB端）接收到一个电平信号，让SD4870A改变输出PWM的占空比，场效应管SVD04N60F的截止时间变短，导通时间变长，即变压器的储能时间变长，互感释放能量的时间变短，次级得到的能量就相应的减少，所以电压逐渐减小，降低到稳定的12V。

当输出电压小于12V时，电源工作在欠压状态，R13和R14间的电压小于2.5V，即LT431的基准电压小于2.5V，IC3导通，相当于导线，反馈电压在光电耦合器的发射端形成回路，光电耦合器工作，从而SD4870A的7脚（FB端）接收到一个电平信号，让SD4870A改变输出PWM的占空比，场效应管SVD04N60F的截止时间变长，导通时间变短，即变压器的储能时间变短，互感释放能量的时间变长，次级得到的能量就相应的增加，所以电压逐渐升高，升高到稳定的12V。

2.3电流模式PWM控制器

SD4870是电流模式PWM控制芯片。

用于高性能、低待机功耗的离线反激变换器的控制。

在空载或轻载时，芯片工作在轻载模式，减小开关损耗，提高效率。

芯片的低启动电流，使得启动电路可以采用阻值大的启动电阻，来减小待机电流。

自带各种保护功能，包括每周期的过流保护、过载保护、输入电压的过压及欠压保护等。

抖频工作技术以及带软开关控制的图腾柱式驱动输出可以达到极佳的EMI性能。

主要特点：

开关的抖频控制提高EMI性能、轻负载模式减小待机功耗、外部设置开关频率、3mA低启动电流、内置前沿消隐电路、输入电压的过压及欠压保护、栅驱动输出高电压钳位、输出过流保护、过负载保护。

SD4870如图2所示

图2SD4870图

SD4870管脚的描述：

1脚（GND）：

接地。

2脚（FB）：

反馈输入端。

3脚（I/O）：

振荡频率设置端，外接电阻到地。

4脚（SENSE）:

开关电流采样端。

5脚（VDD）：

电源。

6脚（GATE）:

栅驱动输出。

2.4光电耦合器PC123

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

主要用前后级之间进行位号隔离传输。

光电耦合器PC123如图3所示

图3光电耦合器PC12

2.5可调精密基准电源电路TL431

TL431是一块精密可调基准电源电路良好的稳压特性及灵活的稳压值设定使该电路在许多应用场合可替代稳压二极管其特点为：

输出电压可调VK=2.5V-36V推荐；参考电压源误差1.0%；动态输出阻抗低典型值为0.22；阴极电流能力为1.0mA-100mA推荐全温度范围内温度特性平坦典型值为50ppm；TL431可等效为一只稳压二极管。

TL431如图4所示

图4TL431

2.6EMI滤波电路

标准的EMI滤波器通常由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。

其中安规电容中，X电容具有抑制差模信号的作用，Y电容具有抑制共模信号的作用，压敏电阻具有过压保护作用，FS1为熔断丝，RT1为热敏电阻。

EMI滤波电路如图5所示

图5EMI滤波电路

2.7整流滤波及续流部分

电路中的D1、D2、D3、D4、EC1组成整流滤波电路，当市电为220V时，EC1的电压约为310V。

续流电路由D5、R3、C5组成，当脉冲驱动下的高频变压器断电瞬间会产生反冲高压叠加在回路上，在该续流电路下有效地降低叠加高压，可以防止高压击穿驱动管。

滤波和续流电路如图6所示

图6滤波和续流电路

2.8变压器

变压器是反激电源中最重要的组成部分。

由于3脚、2脚、9脚和10脚为变压器线圈的同名端，所以在SD4870输出的PWM信号中高位时让变压器的P3-5脚产生电压，p3脚的点位为低、由于同名端的的点位相同、此时1-2脚、7-9脚和8-10脚没有电压产生。

当SD4870输出的PWM信号中零电位时让变压器的P3-5脚电压消失、这时1-2脚、7-9脚和8-10脚的线圈的同名端极性反转产生电压，一部分给SD4870供电，另一部分降压输出。

反激电源的变压器原理图如图7所示

图7变压器原理图

2.9取样比较电路

取样比较电路是稳压开关电源的反馈的重要组成部分、其中采样比较部分的芯片采用TL431（精密可调基准电源）。

TL431是一种并联稳压集成电路。

因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。

其封装形式与塑封三极管9013等相同。

TL431的主要参数为：

①最大输入电压为37V。

②最大工作电流150mA。

③内基准电压为2.5V。

④输出电压范围为2.5~30V。

电路通过R13、R14和VR1的构成的分压电路，在输出端输出稳定的5V电压时，在LT431的比较级就可以产出稳定的2.5V电压，若输出的电压大于5V时，LT431就导通让光耦导通，使得脉宽调制器SD4870停止输出PWM信号，让变压器停止输出电压，使得输出的电压下降，当电压下降到5V时LT431有回复正常状态，光耦停止工作，SD4870继续工作，继续输出5V电压。

开关电源的取样比较电路原理图如图8所示

图8取样比较电路原理图

2.10脉宽调制电路

振荡频率设置：

振荡由RI和GND之间的外接电阻值决定，两者之间的关系为：

其中，RRI为外接电阻值，单位是KΩ。

本电源电路R取100KΩ。

让PWM的脉冲的频率为65KHz。

保护功能：

芯片自带各种保护功能，包括每周期的过流保护、过载保护、输入电压的过压及欠压保护等。

通过输入电压补偿的过流保护阈值电压，实现输出的恒功率控制。

VDD由外部变压器的辅助绕组输出供电。

当VDD电压过高时，被钳位在阈值处；当VDD电压过低时，MOSFET开关截止，系统重新进入上电复位过程。

当FB电压超过过载保护电压阈值，且维持时间达到时，MOSFET开关截止，VDD电压开始下降，当VDD低于UVLO阈值后，重新复位启动。

脉宽调制电路如图9所示

图9脉宽调制电路

3电路板的安装及焊接

3.1变压器的制作

磁芯骨架：

EE28

一次=42匝，二次=6匝，IC供电7匝

N1：

P5——3Φ0.4mm*1股21圈后加三层马拉胶

N2：

P7——9Φ0.4mm*3股6圈后加二层马拉胶

N3：

P8——10Φ0.4mm*3股6圈后加三层马拉胶

N4：

P4——5Φ0.4mm*1股21圈后加二层马拉胶

N5：

P1——2Φ0.4mm*1股7圈后加三层马拉胶

注意事项：

1、先从最底层绕起，即N1——N5，且层与层之前需加上马拉胶；

2、P5——3表示从5脚进，3脚出（需加绝缘管套，其它脚不用加），一共绕21圈；

3、P7——9表示从7脚进，9脚出，3根线并绕，一共绕6圈；

4、绕线方向全部朝同一方向。

拿磁芯时必须轻拿轻放，否则容易弄坏。

5、漆包线绕完后，整理管脚导线线头，用烙铁将漆包线与管脚焊接。

3.2变压器的测验

1．合上磁芯测电感量和检验同名端顺序是否绕错。

1电感表测3—4PIN，电感值约816μH。

2电感表测3—1PIN，同时短路4—2PIN，增加约0.5mH，其值约为12.5mH。

3电感表测3—7PIN，短路4—9PIN，电感值增加。

其值约为10.5mH。

4电感表测3—8PIN，短路4—10PIN，电感值增加。

其值约为10.5mH。

⑤电感表测3—4PIN，短路所有次级，测漏感约0.06mH。

2．磁芯加气隙

在磁芯的两个侧柱各垫一层马拉胶，合上磁芯，测量脚3到脚4的电感量。

电感值为1mH～900μH为正常，若电感值较大，加厚马拉胶。

3.3元器件安装

焊接规则一般先装低矮、耐热的元件，最后按集成电路。

其主要顺序为由小到大，由里到外，由矮到高，为提高抗干扰性，元件与印刷板之间的距离应尽量小，最后再安装集成电路。

其焊接步骤如下：

1、清理元器件的质量，并及时更换不合格的器件；

2、将元器件弯曲成我们所需要的形状，在本电路中所有电阻除（R12外）所有电阻均采用立式插装，尽量将字符置于易观察的位置，字符应从左到右，从上到下，以便于以后检查，将元件脚上锡，以便于焊接；

3、插装：

照电路图要求找好元器件对号插装，有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等；

4、焊接：

各焊接点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路；

5、检查焊接无误后剪去多余的引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。

4电源调试

4.1电路组成

依据电路图焊接好元器件之后，仔细检查元器件是否焊接有误，用万用表检查电路板是否存在虚焊或焊渣短路等现象，检查无误后进行上电调试。

由交流电源输出220V电源接入系统电源模块的输入L、N端口输入,检查电路运行情况。

由于本控制系统的负载电流要求达到大是6A左右，因此在电路中加入负载电流为6A的负载电阻，以此来测试系统电源的稳定性。

4.2整机外观检测

把焊接完成的开关电源进行整体外观检测，检测每个引脚是否有空焊、虚焊、短路等不良问题，并给予改正；检查电解电容极性是否放反以免通电时爆炸；检测二极管是否有反接现象；变压器是否反接等问题，保证电路之间没有电气危害之后进行下一步调试，确保电路和人身安全。

4.3通电测试

开关电源正常工作是在市电下，由于输入为市电电压较高，如果没有防护设施进行隔离测试容易造成触电，所以在上电测试前，为了安全起见对市电进行隔离。

可以采用隔离变压器进行市电隔离。

由于元件会存在缺陷，在安装电路板时，能保证无虚焊、错焊和短路，但不能保证每个元件能正常工作，防止电路不能正常工作而造成元件爆炸而引起事故，测试时应采用调压测试，在首次测试时，尽能找一本书或盖子盖住电路板，避免电路元件爆炸飞贱伤人。

首次测试能常输出5V电压后。

检查电路板没有元件过热等问题才能进行后续的调试。

4.4带负载测试

首次通电测试无故障后可以进行加载，测试时先对电压进行校对。

由于开关电源具有过压、过流保护，可以用大功率电阻加分别先后加1W、5W、25W、30W负载进行测试，测量开关电源输出是否能正常输出稳压12V，反复调整输入电压进行测试，记录带载能力。

如果开关电源能正常输出电压，就说明电路基本能实现功能，可以进行后续测试。

电路不能正常工作，记录下最大的输出功率，重新分析电路，查找问题所在。

5结论

本次实训使我对反激式开关电源电路有了更深入的了解，进一步熟悉了焊接，并能够识别电路图。

在实训过程中了解其中的原理，并能对照电路图，弄明白各个元器件的作用。

首先，在变压器绕制中，学会了要先从最底层绕起，并且层与层之间要加上马拉胶；还要看好是几股线，是从哪个脚进，从哪个脚出，绕线方向全部朝同一方向，在拿磁芯时需轻拿轻放。

在测量电感值时，如果电感值较大，需再加厚马拉胶，知道电感值在正常的范围内。

其次，在电路板的焊接过程中，因为元件是从旧板子上拆下来的，所以在焊接到新板子上时要格外小心，避免元件在高温中被损坏，影响实验结果。

这对自己的焊接工艺要求就比较高，同时也发现了自己的动手能力还有待提高。

最后，在上电测试中，发现输出的电压不是12V，在调节了可调电阻之后，使输出达到要求。

在观察其他同学的测试中，自己同样学到了很多，如果电路板无输出，首先检查电路板是否存在虚焊，漏焊等现象；其次检查电感电容等元件的好坏，也可能是保险丝坏了。

如果输出随机跳动，不稳定，可能是补偿网络（R12、C6）存在问题。

本次实训不仅学到了很多知识，也学到了很多与老师同学相处的问题，同时也知道了相互帮助，相互合住的重要性。

同时使我意识到自己的理论知识没有与实践相结合的缺点，今后我会提高自己的动手能力，不让理论和实践相脱节，真正学有所用。

谢辞

实训的过程中，经过自己不断的搜索努力以及老师的指导和同学帮助下，本次实训顺利完成。

在这段时间里，从拆旧板焊接新板到变压器的绕制及电路的检测。

两周的实训就这样结束了，在实训过程中让自己学到了很多。

首先，感谢童老师不辞辛劳的从东区赶到尧山为我们的实训答疑解惑，让我们少走了很多弯路；其次，感谢其他在实训中帮助解决困难的同学，在实训调试过程中对我的帮助；最后，还要感谢我们学院为我们提供这次机会，感谢创新学院在实训过程中为我们提供实训的场地，让我们有了更多的学习机会，并且提高了自己的动手能力。

学校开展实训这样的课题，使我受益匪浅，从中使我在很短的时间里学到了很多很书本上没有的知识，而且让我对以前学过的知识有了更深刻的印象，同时也发现了自己知识的一些缺陷，因而我还要感谢学校，感谢学校安排实训这个课程，感谢学校为了让每个同学在实训中能够学有所成学有所得而做出的努力。

参考文献

[1]SanjayaManiktala著,王志强等译.精通开关电源设计[M].北京:

人民邮电出版社,2010

[2]边春元,李文涛.稳压电路典型模块设计与应用[M].哈尔滨:

哈尔滨工业大学出版社,2007

[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计.北京:

电子工业出版社，1998

[4]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京:

高等教育出版社，2006

[5]薛永毅,王淑英.新型电源应用技术[M].北京:

电子工业出版社，2001

[6]王英剑,何希才.新型开关电源实用技术[M].北京:

电子工业出版社,1999

[7]赵同贺,刘军.开关电源设计技术与应用实例[M].北京:

人民邮电出版社.2007

[8]彭为,黄科权.开关电源典型电路设计实例精讲[M].北京:

电子工业出版社,2004

[9]沙占友.新型开关电源的设计与应用[M].北京:

电子工业出版社,2001

[10]史平君.实用电源技术手册[M].沈阳:

辽宁科学技术出版社,2003