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：AC22010%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 SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO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：BRBSBHO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=12V1A=12W2.估算输入功率 =75% P= = =16W3.直流输入功率 AC 220V10% Vin=AC 220(1-10%)1.414=DC 280V Vin=AC 220(1+10%)1.414=DC 342V4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IPP0=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=0.19A2） 求原边绕组的电感值 LP=8.29mmAPP=(6.33LpIpdw2)108 =3.1710-4cm4B=1/2BS=1/23900GS=1950GSAP=Ae*Aw40.96mm278.08mm21/2LpIp2=1/2BHVGVG= Ae*lg(cm2)lg=0.024m2lg=1/20.024=0.0123）选择磁心尺寸。4）计算气隙。5） 原边绕组匝数N=VinL=VinNP= =197匝6） 副边绕组匝数计算 VO+VD=Vin*N= =11.8127） 副边绕径 电流密度大约4.3A/mm2 1A（4.3A/mm2）=0.23 mm2 N4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=0.2mm8）辅助绕组设计。（2）输出电容的设计（3）设计数据变压器：原边T1T2副边t1t2匝数197匝197匝12匝12匝线径0.21mm0.21mm0.38mm0.21mm线股数1121元件名称元件规格封装数量备注电容10u/400VRB电解1470u/35VRB电解2100u/25VRB电解1220u/25VRB电解11020805210308053二极管IN4007DIODE0.32IN4148DIODE0.32RF107DIODE0.31排座2.54-2P插座15.08-2P插座1单排针40p1单排座40p1电感300UH 引脚脚5mm立式1MOSFETSSS 3N90AI2PAK（TO-220)1金属膜电阻0 1/4W08051100 1/4W080510001K 1/4W080513.3K 1/4W080515.1K 1/4W0805120K 1/4W080510 1/4W AXIAL0.3122 1/4W AXIAL0.312.2 1/4WAXIAL0.31510 1/4WAXIAL0.311K 1/4WAXIAL0.3175K 1/4WAXIAL0.31也有1w的510/1WAXIAL0.32电源线两线，单插头引脚2.54mm 1两线，单插头引脚5.08mm1集成芯片UC3845SOP81整流桥（堆）400V 2A1万用板90*1501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0.21变压器漆包线直径0.31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050 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- 1055R1Cr= 18RlCVcc。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4848484820输入电压150180200220220输出电压11.5011.5011.5211.5411.22七、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！