开关电源课程设计报告.docx
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开关电源课程设计报告
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.
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:
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AC220V±10%
Vin=AC220×(1-10%)×=DC280V
Vin=AC220×(1+10%)×=DC342V
4输入电流
Iin=
=
=
Iin=
=
=
反激电路
1)计算原边绕组流过的峰值电流IP
P0=1/2LpI2avef()
设电路工作在不连续状态
Vin=Lp
=DmaxTs
得Vin=Lp
()
式()与()之比为
=(1/2LpI2avef)/(Lp
)
令Iave=Ip
得Ip=
令
=
得Ip=
=
2)求原边绕组的电感值
LP=
=
=
=
APP=×108
=×10-4cm4
ΔB=1/2BS=1/2×3900GS=1950GS
AP=Ae*×
1/2LpIp2=1/2ΔBHVG
VG=Ae*lg(cm2)
lg=
=
lg’=1/=
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=
=≈12
7)副边绕径
电流密度大约mm2
1A÷(mm2)=mm2
N≈4股
选择多股绞线每股d=
N*∏*(
)2=mm2
4*∏*(
)2*A/mm2=
d=
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
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
2
IN4148
2
RF107
1
排座
插座
1
插座
1
单排针40p
1
单排座40p
1
电感
300UH
引脚脚5mm立式
1
MOSFET
SSS3N90A
I2PAK(TO-220)
1
金属膜电阻
01/4W
0805
1
1001/4W
0805
1000
1K1/4W
0805
1
1/4W
0805
1
1/4W
0805
1
20K1/4W
0805
1
01/4W
1
221/4W
1
1/4W
1
5101/4W
1
1K1/4W
1
75K1/4W
1
也有1w的
510/1W
2
电源线
两线,单插头
引脚
1
两线,单插头
引脚
1
集成芯片
UC3845
SOP8
1
整流桥(堆)
400V2A
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
1
变压器
漆包线
直径
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
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!