25W反激电源的设计.doc

《电力电子技术》课程设计报告 课题：25W反激电源的设计 班级 学号 姓名 专业 学院 指导教师 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2015年6月一、 设计目的和要求 1.1.1设计目的和任务： 1、分析反激变换器工作原理，深入分析功率电路中各点的电压波形和各支路的电流波形； 2、根据输入输出的参数指标，计算功率电路中半导体器件电压电流等级，并给出所选器件的型号，设计变换器的脉冲变压器及滤波电容。 3、给出控制电路的设计方案，能够输出频率和占空比可调的脉冲源。 4、应用protel软件作出线路图，建立硬件电路并调试。 1.1.2设计要求： 图1示出了反激变换器主电路和电路中关键波形，同正激电路不同，反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。通过本课题的分析设计，可以加深学生对间接的直流变流电路基本环节的认识和理解，并且对隔离的DC/DC电路的优缺点有一定的认识。要求学生掌握反激变换器耦合电感的设计并学会分析该电路的各种工作模态，及开关管、整流二极管的电压电流参数设计和选取，掌握脉冲变压器的设计和基本的绕制方法，建立硬件电路并进行开关调试。 学生需要熟悉基于集成PWM芯片的DC/DC变换器的控制方法，并学会计算PWM控制电路的关键参数。 输入：36～75Vdc，输出：5Vdc/5A 图1 反激变换器主电路及关键波形 1.2应用背景和研究意义 随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。反激式开关电源以其设计简单，体积小巧等优势，广泛应用于小功率场合。开关电源以其小型、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备和系统中，其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。? ??传统的反激式开关电源一般由PWM控制芯片(如UC3842)和功率开关管(频率较高时一般使用MOSFET)组成，PWM芯片控制环路设计复杂，容易造成系统工作不稳定，功率开关管有时需要外加驱动电路。高效率与小型化在一定程度上是互相限制的，因为实现高效率会要求电路有相当的复杂度，大量的器件对小型化十分不利。在开关电源设计初期，采用的都是分立元件，集成度很低，大部分电路只能在PCB版上实现，极大的限制了小型化实现的可能。而且大量器件暴露在外，也影响了系统的稳定性。 另外，反激变压器的设计也是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。随着PI公司生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的解决。应用TOPSwitch-HX设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工作更可靠，采用该系列芯片已成为一种高效的反激式开关电源设计方案。 二、 单端反激变换器组成原理及其静态特性分析 2.1变换器组成框图和工作原理 隔离型单端反激变换器的本安结构框图如图 2 所示，其中依次由输入滤波电路、整流滤波电路、基于开关变换器的电压调节电路、多重限流限压电路等组成。 整流滤波：整流部分采用一般的全波整流电路；输入滤波一般采用单一电容滤波或采用 RC 滤波电路较好。滤波电容值不宜过大，因其大小也影响电源输出电路的本安性能，在满足滤波效果的情况下，越小越好；应尽量避免采用电感滤波或 LC 滤波电路，因该种滤波电路对输出本安的影响更为明显，因此本设计中采用单一电容滤波。 图 2 本质安全型单端反激变换器结构框图 单端反激变换器的主电路结构如图 3 所示。在图 3中，Vi为输入电压、Vo为输出电压、Io为输出电流、S 为开关管、L1、L2为储能电感、1Li 为流过电感 L1的电流、2Li为流过电感 L2的电流，D 为续流二极管、C 为输出滤波电容、RL为负载电阻。设开关周期为 TS，导通时间为 TON，则开关频率 f=1/TS，开关导通比 d=TON /TS。 图 3 单端反激变换器的主电路图 当开关管 S 导通时，续流二极管 D 承受反向偏置电压而截止，流过电感 L1的电流1Li线性增加，储能电感 L1将电能转换成磁能储存在电感 L1中，此时，负载由输出滤波电容 C 供电；当开关管 S 断开时，电流1Li 降为零，续流二极管 D 导通，储能电感 L1将能量通过互感传递给 L2，通过 L2释放能量，流过电感 L2的电流2Li 线性减小，在减小到 Io之前，电感电流一部分给负载供电，一部分给电容充电；减小到小于Io后，电容进入放电状态，负载由电感和电容共同供电，以维持输出电压和输出电流不变。 在开关管 S 断开期间，流过电感 L2的电流2Li 线性减小到零时下一个开通周期还没有到来，则会出现副边电感电流断续的状态。根据副边