基于VIPer22A变换器的高频电源变压器设计毕业设计（论文）.doc

基于VIPer22A变换器的高频电源变压器设计 2007-12-5 17:38:00　沈武 张春雷 陈本竹　供稿 [摘要]： 随着集成化的发展，开关电源电路结构设计的复杂程度相对减弱，高频变压器的设计就上升到较重要地位了。本文在简介了VIPer22A器件及其制作的开关电源工作原理之后，结合实例着重说明了变换器中高频电源变压器的设计步骤和调试方法。 [关键词]：功率变换器 电感储能式变换器 磁感应强度 1、引言  近两年来，单片式开关电源功率变换器VIPer22A因其封装小巧、外围电路简练、工作稳定可靠程度高等因素，应用一天天多了起来。VIPer22A芯片内部采用电流控制型PWM调制器，适用于电池充电器、电源适配器、电视机或监控器的待机电源，尤其适用于各种控制电路的辅助电源。进一步分析下来，觉得其外围电路易于掌握，但对其电源变压器各项参数，却往往疏于深入了解。这里就着重阐述一下单片式开关电源变换器VIPer22A的高频变压器的设计、调试程序及其具体方法，也许不是没有裨益的。 2、VIPer22A功能概述2.1、VIPer22A器件的内部电路结构框图 VIPer22A单片开关电源变换器内部电路结构框图 功能概述  VIPer22A型单片式开关电源功率变换器，内部高压功率MOSFET漏-源极的击穿电压可达730V以上；极限电流在0.56～0.84A之间（典型值为0.7A），通态电阻15Ω；输入电压在由85～265VAC范围内波动时，可输出12W的功率；具有过流、过压和过热等带迟滞特性的保护功能，因此其工作稳定可靠性能极好。只要变压器设计无误，几乎无需调试，连通电路就能正常投入运行。 其封装形式为DIP-8封装。FB为输出电压反馈端，其电压范围在0～1V之间。UDD为控制电路的电源端，上电瞬间由来自高压电流源的电流向UDD端——包括外围电容充电，当UDD端电压达到14.5V时，自动关断高压电流源；当UDD低至8V时又自动开启高压电流源。功率MOSFET开始工作以后，改由电源变压器的辅助绕组继续供电，确保器件始终处于正常运行状态。 3、整体电路工作原理  应用单片开关电源变换器VIPer22A制作的的12V开关电源，其电原理图如图二所示。 原理图 启动过程  接通电源瞬间，VIPer22A变换器内的高压电流源投入运行，并自动启动电源，当UDD电压达到开启电压值UDD（ON）＝14.5V（典型值）时，高压电流源被关断，功率MOSFET投入工作，辅助绕组在高压电流源关断后即开始为芯片供电，至此，VIPer22A变换器完成启动程序。变压器T的初级绕组中将有电流流过，该电流在变压器磁芯中产生磁通，磁通的出现在各绕组中产生感应电势，其方向如同名端符号所示。其次级的感应电势也为VIPer22A提供了电源电压VDD，瞬间就使变换器投入正常运行。各绕组同名端表明，在功率MOSFET导通时，整流管VD7呈反向偏置状态；功率MOSFET截止时，VD7导通——故称单端反激式变换器，也称电感储能式变换器——向电容C9和C10充电，由于工作频率高达60KHz，即使电容量不大，也可以满足负载对纹波电压的要求。平波电感L的数值在几十微亨即可满足对纹波电压的要求，有些场合甚至可以不要，加大滤波电容的容量即可。 3.2、自动调节过程  当外电压波动时，反馈到集成可调基准稳压器N3输入端1脚的电压相应变化引起其输出端3脚电压反向（与N3的1脚电压变化方向相反，下同）的变化，再通过光耦N2使集成电源变换器N1的控制端3脚FB电压反向变化，从而N1内的功率MOSFET的栅极脉宽反向变化，最终引起输出端电压反向变化，而使输出电压最大限度地恢复到外电压波动前的数值上。 当输出端的负载电流发生变化时，输出电压也会相应变化，同样要引起N3输入端电压的变化，N3输出端的变化通过光耦N2使N1的FB电压变化，从而N1内的功率MOSFET的栅极脉宽反向变化，最终引起输出端电压反向变化而保持其输出电压的尽量稳定。通常稳压器的源电压调整率优于负载调整率，对于开关稳压器尤其是这样。应用VIPer22A器件制作的稳压器，其负载调整率低于源电压调整率，所以一般都将该器件应用于输出电流固定或变化不大的场合下。 4、高频电源变压器的估算 凡学过电子线路的，对开关电源也不会陌生，甚至还会觉得很简单；一旦制作出来，却又觉得不甚满意。查找原因，往往是高频电源变压器参数没选好。下面结合一个单端反激式变换器实例介绍该变压器T的估算方法。 4.1、磁芯的估算 采用单片开关电源功率转换器VIPer22A，给定输出功率为8W，效率为0.8，输入功率为10W；磁心材料为Mn—Zn功率铁氧体R2K5D。参照《新型