中国石油大学华东电力电子课程设计报告.doc

电力电子课程设计报告 ---小功率反激式开关电源设计  专业班级：电气12-4班 成员 实习日期：2015.7.6—2015.7.13 目录 设计目的 设计要求 设计原理及设计思路 设计参数计算 电路的布局与布线 调试遇到的问题与解决办法 设计总结 设计目的 （1）熟悉Power MosFET的使用； （2）熟悉磁性材料、磁性元件及其在电力电子电路中的应用； （3）增强设计、制作和调试电力电子电路的能力。 设计要求 本课程设计要求根据所提供的元器件设计并制作一个小功率的反激式开关电源。电源输入电压/输出电压：150/10V,输出电流：1A,具备过流保护功能。 设计原理 1、引言 电力电子技术有三大应用领域：电力传动、电力系统和电源。在各种用电设备中，电源是核心部件之一，其性能影响着整台设备的性能。电源可以分为线性电源和开关电源两大类。 线性电源是把直流电压变换为低于输入的直流电压，其工作原理是在输入与输出之间串联一个可变电阻（功率晶体管），让功率晶体管工作在线性模式，用线性器件控制其“阻值”的大小，实现稳定的输出，电路简单，但效率低。通常用于低于10W的电路中。通常使用的7805、7815等就属于线性电源。 开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小），所以开关电源具有能耗小、效率高、稳压范围宽、体积小、重量轻等突出优点，在通讯设备、仪器仪表、数码影音、家用电器等电子产品中得到了广泛的应用。反激式功率变换器是开关电源中的一种，是一种应用非常广泛的开关电源。 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。 （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，从下。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。 2．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。 （a） (b) 图2吸收电路 四.设计参数计算 在本次实习中提供的变压器的铁芯是EE28铁氧体铁芯，其在25摄氏度的磁导率为，铁芯的初始磁导率为。 变压器选择的相关参数包括：原副边匝数比、原边匝数NS、副边匝数和气隙，本次试验中用到的变压器的绕组的漆包线已经给定，无需选择。 （1）原副边匝数比及其匝数的确定： 根据实习任务的要求;需要的直流输出电压为8V和6V，由器件本身的参数可以知道其耐压。，如果考虑到漏感引起的的电压尖峰，开关管两端承受的关断电压为： ，一般来说开关管的耐压需要在这个基础之上留下至少30%的裕量。假设开关管的耐压极限为，。 为了保证电路工作于DCM模式，磁路储能和放电总时间应该控制在0.8T以内，所以, （2）原副边匝数的计算： 根据器件的资料，可以查的磁芯的有效磁导面积，原边的匝数应该保证在最大占空比是磁路仍不饱和，电压冲量等于磁链的变化量，固，通常原边的匝数取到这个计算之的两倍。副边匝数根据变比可以求出。 （3）气隙长度的计算 假设变压器的输出功率为，效率为，有以下关系成立： ，所以可以得到，其中有以下关系； ，则原边的峰值电流为：，带入上式可以得到初级电感。 其中，为电感系数，为磁阻。 气