电力电子技术课程设计单端反激式开关电源的设计.doc

《电力电子技术课程设计》 总结报告 题 目： 单端反激式开关电源的设计 学 院： 信息与控制工程学院 目 录 一、课程设计的目的 2 二、课程设计的要求 2 三、反激式功率变换器的原理及设计方法 2 1.引言 2 2．基本反激变换器工作原理 3 3．反激变换器的吸收电路 5 4．反激变换器的系统结构 5 5.反激式变换器的变压器设计思路 6 6．控制系统设计 9 四、总体设计电路图 14 五、参数的计算与选择 15 六、遇到的问题和解决方法 18 七、输出电压波形及驱动信号波形 20 八、心得体会 21 一、 （2）熟悉磁性材料、磁性元件及其在电力电子电路中的使用； （3）增强设计、制作和调试电力电子电路的能力； 二、、2．基本反激变换器工作原理 基本反激变换器如图1所示。假设变压器和其他元器件均为理想元器件，稳态工作下。（1）当有源开关Q导通时，变压器原边电流增加，会产生上正下负的感应电动势，从而在副边产生下正上负的感应电动势，如图2(a)所示，无源开关VD1因反偏而截止，输出由电容C向负载提供能量，而原边则从电源吸收电能，储存于磁路中。（2）当有源开关Q截止时，由于变压器磁路中的磁通不能突变，所以在原边会感应出上负下正的感应电动势，而在副边会感应出上正下负的感应电动势，故VD1正偏而导通，如图2(b)所示，此时磁路中的存储的能量转到副边，并经二极管VD1向负载供电，同时补充滤波电容C在前一阶段所损失的能量。输出滤波电容除了在开关Q导通时给负载提供能量外，还用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。 反激变换器的工作过程大致可以看作是原边储能和副边放电两个阶段。原边电流和副边电流在这两个阶段中分别起到励磁电流的作用。如果在下一次Q导通之前，副边已将磁路的储能放光，即副边电流变为零，则称变换器运行于断续电流模式（DCM（Discontinous Current Mode）），反之，则在副边还没有将磁路的储能放光，即在副边电流没有变为零之前，Q又导通，则称变换器运行于连续电流模式（CCM（Continous Current Mode））。通常反激变换器多设计为断续电流模式（DCM）下。当变换器工作于CCM下时，输出与输入电压、电流之间的关系如下： 变换器工作于DCM下时，上述关系式仍然成立，只不过此时的增益M变为： 可以看出，改变开关器件Q的占空比和变压器的匝数比就可以改变输出电压。3．反激变换器的吸收电路 实际反激变换器会有各种寄生参数的存在，如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。所以基本反激变换器在实际应用中是不能可靠工作的，其原因是变压器漏感在开关Q截止时，没有满意的去磁回路。为了让反激变换器的工作变得可靠，就得外加一个漏感的去磁电路，但因漏感的能量一般很小，所以习惯上将这种去磁电路称为吸收电路，目的是将开关Q的电压钳位到合理的数值。在220V AC输入的小功率开关电源中，常用的吸收电路主要有RCD吸收电路和三绕组吸收电路。其结构如图3(a)(b)所示。4．反激变换器的系统结构 反激式变换器的系统结构示意图如图4所示。由图中可以看出，一个AC输入DC输出的反激式变换器主要由如下五部分构成：输入电路、变压器、控制电路、输出电路和吸收电路构成。输入电路主要包括整流和滤波，将输入的正弦交流电压变成直流，而输出电路也是整流和滤波，是将变压器副边输出的方波电压单向输出，且减少输出电压的纹波。吸收电路如图3所示。所以，反激变换器的关键在于变压器和控制电路的设计。这也是本次课程设计的重点。根据输入的最高直流电压和开关管Q的耐压确定原/副边的匝数比开关管Q两端所承受的最高的关断电压应为： ， 中是考虑了整流二极管的导通压降如果考虑到漏感引起的0.3的电压尖峰，则开关管两端所承受的最高的关断电压为：一般来说，开关管的极限耐压需要在这个基础上仍留下至少30%的裕量。假定开关管的耐压极限为，则： 这就求出了匝比的上限值，匝比只能比这个值小，不能比其大。在这个值的基础上选择一个匝比。就可以求出最大占空比，即最大导通时间。 为保证电路工作于DCM模式，磁路储能和放电的总时间应控制在0.8T以内，所以，真正的原边匝数必须比这个值大，才可能让磁路不饱和。通常取2倍的上述计算值。 （3）副边匝数的计算 根据上面两步的结果，很容易求出副边匝数。 （4）气隙长度的计算 在计算气隙长度之前，首先应计算原边的电感值。 假设变压器的输出功率为，效率为，则有如下关系成立： ， 其物理意义是，一个开关周期内原边从电源吸收并存储的能量恰好等于系统的输出和损耗的能量。 则原边的峰值电流为：，带入上式可以得到初