开关电源专业课程设计方案报告.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： 年11月 16日
一、设计规定
（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、反激稳压电源工作原理

图2-1 反激稳压电源电路图

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构造简朴,成本低廉而深受广大开发工程师爱慕,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器设计难点是变压器设计,由于输入电压范畴宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在持续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不持续电流模式(DCM);此外关于CCM模式反激变压器设计阐述文章很少,在大多数开关电源技术书籍阐述中，反激变压器设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样设计并未真实反映反激变压器实际工作状况,变压器工作状态也许不是最佳.因而结合本人实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器设计.
反激电路抱负化波形
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处在断态，W1绕组电流线性增长，电感储能增长；
S关断后，W1绕组电流被切断，变压器中磁场能量通过W2绕组和VD向输出端释放。
反激电路工作模式：
B
R
B
S
B
H
O
图 8-18 磁心复位过程

电流持续模式：当S开通时，W2绕组中电流尚未下降到零。输出电压关系：
电流断续模式：S开通前，W2绕组中电流已经下降到零。 输出电压高于式（8-3）计算值，并随负载减小而升高在负载为零极限状况下，….因而反激电路不应工作于负载开路状态。

2. 设计原则和设计环节
变压器设计环节：
1）计算原边绕组流过峰值电流。
2）求原边绕组电感。
3）选取磁心尺寸。
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
涉及磁芯参数计算和选型；绕组匝数计算和选线。
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）计算原边绕组流过峰值电流IP
P0=1/2LpI2avef （1.1）
设电路工作在不持续状态
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）选取磁心尺寸。
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
电流密度大概4.3A/mm2
1A÷（4.3A/mm2）=0.23 mm2
N≈4股
选取多股绞线 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

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同步，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 占空比调节范畴在0—50 之内。UC3845振荡器工作频率由4端外接定期电阻R『，定期电容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频率特性。第2脚是反馈端，将取样电压加
至误差放大器AI反相输端．再与同相输端基准电压进行比较，产生误差电压 第三脚电压不大于1时，脉竟调制器处在正常工作状态，当3脚电压等于或不不大于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，下一种时钟脉冲将使PWM存器自动置位UC3845辅^端设立了一种34V稳压管，可有效地防止高压而导致损坏。
2. 设计环节
选取功率开关管和整流二极管
反激电源主电路其她器件。
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
先调试检查控制芯片，同过输入10V左右电压，通过示波器观测输出波形，得到一种矩形波，以及频率等数据，与原则值相比较
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，始终加到220V，观测输出电压，能否稳定在12V。
如有问题，通过万能表检查，改正，再调试。
最后达到设计规定。
八、心得体会
设计，给人以创作冲动。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，设计是贝尔实验室电话机或是华为程控互换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件良好事情，由于她能给人以美幻想，由于她能给人以金般财富，由于她能给人以成就之感，更为现实是她能给人以成长以及成长所需营养，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本次开关电源课程设计，所谓“态度决定一切”，于是偶尔又必然地收获了诸多，概而言之，大概有如下几点：
一、温故而知新。课程设计开始之时，思路全无，举步维艰，对于理论知识学习不够夯实我深感“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进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同窗请教，终于纯熟掌握了基本理论知识，并且领悟诸多平时学习难以理解掌握较难知识，学会了如何思考思维方式，找到了设计灵感。
二、思路即出路。当时没有思路，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，本来思路即出路。
三、实践出真知。文革之后，关于真理大讨论最后成果是“实践是检查真理唯一原则”，自从耳闻以来，便始终觉得马克思主义中华人民共和国化生成教条。时至今日，开关电源课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检查真理唯一原则”，才明晓实践出真知。由于在教材上，反激电源控制电路但是是简朴电路，也便不觉得然用protel绘制电路图，成果电路浮现诸多问题，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”当前在国内已经提高到国家发展战略地位，足见“创新”举足轻重。因而，咱们要从小处着手，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，只要实现创新思维哺育和锻炼即可。
五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，咱们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，咱们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最后检测调试环节，自身就是在践行“过而能改，善莫大焉”知行观。
总来说，这次制作反激电源控制电路还是比较成功，在设计中遇到了诸多问题，特别是变压器绕制，测试总是没反映，最后在教师辛勤指引下，终于游逆而解，有点小小成就感，终于觉得平时所学知识有了实用价值，达到了理论与实际相结合目，不但学到了不少知识，并且锻炼了自己能力，使自己对后来道路有了更加清晰结识，同步，对将来有了更多信心。最后，对给过我协助所有同窗和各位指引教师再次表达忠心感谢！