節(jié)能型恒流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 題 目：節(jié)能型恒流開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 系 別 ： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職稱： 摘 要 開關(guān)電源因其高效節(jié)能引起社會(huì)各方面的重視，現(xiàn)已成為通用開關(guān)電源、專用開關(guān)電源及特種開關(guān)電源優(yōu)選集成電路。特別是在驅(qū)動(dòng) 流開關(guān)電源方面，發(fā)展尤其突出，因此具有很大研究?jī)r(jià)值。 本畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì)的目的就是針對(duì) 明應(yīng)用的電源。 明通常用多個(gè)發(fā)光二極管組成點(diǎn)陣光源，為使光源發(fā)光均勻則需供電電源提供恒定電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 在論文中，首先闡述了節(jié)能型恒流開關(guān)電源的工作原理，根據(jù)方案設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，給出了整體電路設(shè)計(jì)的理論依據(jù)；然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出了整體電路的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并且闡述了整體電路工作原理和子電路的性能要求。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)上，主要介紹了輸入整流與濾波、變壓器、功率開關(guān)管、控制器、保護(hù)電路、電流電壓反饋網(wǎng)絡(luò)、輸出整流續(xù)流與濾波、穩(wěn)壓恒流輸出模塊。 最后， 本論文在整體電路原理分析和子電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用 子 電路模塊和整體電路進(jìn)行功能仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果滿足要求，進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析和設(shè)計(jì)的正確性，也是設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的一次有價(jià)值的嘗試。 關(guān)鍵詞 ： 開關(guān)電源 ； 恒流 ； is it is in in ED in is of ED is by a of ED in ED to In of on to of in of of on of In on on by of of it is a 目 錄 第一章 緒 論 . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 開關(guān)電源及其發(fā)展趨 . 1 國(guó)內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展概況 . 國(guó)外開關(guān)電源的發(fā)展概況 .題目研究方法與價(jià)值 . 5 第二 章 開關(guān)電源電路拓?fù)鋱D . 7 單端正、反激式變換器 . 7 第三章 恒流開關(guān)電源設(shè)計(jì) . 9 電源技術(shù)要求 . 9 開關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟 . 99 變壓器設(shè)計(jì) . 122 輸出變壓器次級(jí)電壓 算 . 122 初、次線圈計(jì)算 . 122 輸出濾波器的設(shè)計(jì) . 133 輸出扼流圈的電感值設(shè)計(jì) . 133 輸出濾波電容的確定 . 144 濾波器電阻設(shè)計(jì) . 144 復(fù)位電路計(jì)算 . 155 功率開關(guān)管選擇 . 177 輸 出二極管的選擇 . 18 整流二極管 擇 . 18 續(xù)流二極管 擇 . 19 恒流輸出電路設(shè)計(jì) . 20 恒流輸出原理 . 20 恒流輸出計(jì)算 . 21 緩沖吸收電路設(shè)計(jì) . 22 制電路設(shè)計(jì) . 23 第四章 電路仿真 調(diào)試 . 26 仿真原理圖 . 26 進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)與波形仿真測(cè)試 . 28 第五章 結(jié) 論 . 32 參考文獻(xiàn) . 33 致 謝 . 34 附錄 . 35 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第一章 緒 論 開關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開關(guān)電源 (因電源中起調(diào)整穩(wěn)壓控制功能的器件始終以開關(guān)方式工作 而得名。它是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)管通斷的時(shí)間比率來(lái)維持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源，具有體積小、重量輕、功耗小、效率高、紋波小、噪音低、智能化程度高、易擴(kuò)容等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用在諸如計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)、程控交換機(jī)、攝像機(jī)、 子游戲機(jī)等電子設(shè)備上。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件 迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性，因此，開關(guān)電源將逐漸取代使用工頻變壓器的線性穩(wěn)壓電源。 開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)。 信息技術(shù) (發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息 產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和 產(chǎn)業(yè)對(duì)提高一個(gè)國(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率的水平，即提高一個(gè)國(guó)家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重 的作用。而在這個(gè)方面我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家的差距很大，作為一個(gè)電源工作者，應(yīng)該不僅只局限于完成當(dāng)前的本職工作，還必須通過各種信息渠道及時(shí)搜索和掌握電源技術(shù)最新發(fā)展方向與 電源相關(guān)的元器件、原材料的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)吸取國(guó)內(nèi)外先 進(jìn)的薄膜工藝、厚膜工藝、集成化工藝等，只有這樣才能設(shè)計(jì)出世界上一流的電源產(chǎn)品。 內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展概況 (1) 電源技術(shù)的發(fā)展 21 世紀(jì)我國(guó)通信、信息、家電、和國(guó)防等領(lǐng)域的電源普遍采用高頻開關(guān)電源，相控電源將逐漸淘汰。國(guó)內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，基本起源于 20 世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初。當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)在高等院校和一些科研院所停留在實(shí)驗(yàn)開發(fā)和教學(xué)階段。 20 世紀(jì) 80 年代中期開關(guān)電源產(chǎn)品開始推廣和應(yīng)用。 20世紀(jì) 80年代開關(guān)電源的特點(diǎn)是采用 20寬調(diào)制（ 術(shù)，效率可達(dá) 65% 70%。 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 在開關(guān)電源的所有應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，通信電源是增長(zhǎng)速度最快的一部分。新型磁材料和新型變壓器的開發(fā)，新型電容器和 波器技術(shù)的進(jìn)步，以及專用集成控制芯片的研制成功，使開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了小型化，并提高了 能。微處理器監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源的可靠性，也適應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)其智能化的要求。 新型半導(dǎo)體器件的發(fā)展是開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)步的龍頭。目前正在研究高性能的碳化硅半導(dǎo)體器件，一旦開發(fā)成功，對(duì)電源技術(shù)的影響將是革命性。此外，平面變壓器、壓電變壓器及新型電容等元器件的發(fā)展，也將對(duì)電源技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。 (2)電源生產(chǎn)的發(fā)展 在開關(guān)電源領(lǐng)域，民族產(chǎn)業(yè)一直占有舉足輕重的地位。在開關(guān)電源應(yīng)用的起步階段，很多生產(chǎn)廠家采取的都是小作坊的生產(chǎn)模式。經(jīng)過 20 多年的不懈努力，逐漸向大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品也從單一品種走向系列化?，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)形成一批上億元、甚至 10 億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有產(chǎn)品已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。 （ 3）電源市場(chǎng)的發(fā)展 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防工業(yè)、家電行業(yè)，特別是電信業(yè)的迅猛發(fā)展，是電源市場(chǎng)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新資料顯示，當(dāng)前我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)出、銷售總規(guī)模以及對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)得貢獻(xiàn)，均居全國(guó)工業(yè) 行業(yè)之首，成為我國(guó)工業(yè)第一支柱產(chǎn)業(yè)。 （ 4）電源標(biāo)準(zhǔn)的制定 20 世紀(jì) 90 年代初，高頻開關(guān)電源的應(yīng)用剛剛在電子、電信行業(yè)起步，適時(shí)頒布的通信用高頻開關(guān)整流器和通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)、服務(wù)用戶起到了重要作用，對(duì)高頻開關(guān)電源在電信行業(yè)的迅速推廣也起到了積極作用。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，用戶對(duì)電源智能化程度的要求越來(lái)越高，有關(guān)電源集中監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn) 相繼 被推出。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)逐漸積累，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)急需修訂，技術(shù)指標(biāo)需要改進(jìn)，測(cè)試方法需要完善，內(nèi)容需要增加，為把好的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)提供更可靠依據(jù)。 外開關(guān)電源的發(fā)展概況 自 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，許多領(lǐng)域和新的要求對(duì)開關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。如果從一個(gè)開關(guān)電源的輸入和輸出窗口觀察可以發(fā)現(xiàn)，輸入的要求變得更嚴(yán)，不符合 準(zhǔn)的產(chǎn)品將陸續(xù)被淘汰；輸出則派生出了許多特殊江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 的應(yīng)用領(lǐng)域，研制和開發(fā)的難度變得更大了。正是由于外界的這些要求推動(dòng)力兩個(gè)開關(guān)電源的分支技術(shù)一直成為當(dāng)今電力電子的研究課題 4,9，即有源功率因數(shù)校正技術(shù)和低壓大電流高功率 C 變換技術(shù)。另外由于技術(shù)性能和要求的提高，使得許多相關(guān)技術(shù)課題的研究， 例如 術(shù)、 題、熱理論的分析、集成磁技術(shù)、新型電容技術(shù)、新型功率器件技術(shù)、新型控制以及結(jié)構(gòu)和工藝等正在迅速增加。 1 開關(guān)電源電路器件的發(fā)展動(dòng)態(tài) （ 1） 半導(dǎo)體器件的發(fā)展。功率半導(dǎo)體器件仍是電力電子技術(shù)發(fā)展的龍頭，電力電技術(shù)的進(jìn)步必須依靠不斷推出的新型電力電子器件。 （ 2）新型變壓器的發(fā)展。新型變壓器是電力電子產(chǎn)品或開關(guān)電源中必不可少的部件。平面變壓器是近兩年才面世的一種全新產(chǎn)品，其突出優(yōu)點(diǎn)是能量密度高因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的 20%；效率高，通常為 97% 99%；工作 頻率高，從 50 2感低；電感干擾小（ 等。 （ 3）超容電容器的發(fā)展。超容電容器是電容器件近年來(lái)的最新產(chǎn)品。超容電容器采用了獨(dú)特的金屬 /碳 電極技術(shù)和先進(jìn)的非水電解質(zhì)，具有極大的電極表面和極小的相對(duì)距離 , 可方便地串聯(lián)組合成高壓組件或并聯(lián)組合成高能量存儲(chǔ)組件。 2 電路集成和系統(tǒng)集成的發(fā)展動(dòng)態(tài) 開關(guān)電源的發(fā)展方向是模塊化、集成化。集成化模塊化使電源產(chǎn)品體積更小、可靠性更高，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。 3 功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài) 功率因數(shù)校正的概念起源于 20 世紀(jì) 80年代，但被重視 和推廣在 80 年代末期和 90 年代。歐洲和日本相續(xù)對(duì)開關(guān)電源裝置的輸入諧波要求制定了標(biāo)準(zhǔn)。目前有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即 術(shù)已成為電源界的熱點(diǎn)。通常有兩大類 術(shù)，一類是無(wú)源術(shù)，另一類是有源 術(shù)。前者采用無(wú)源元件來(lái)改善輸入功率因數(shù)，減小電流諧波，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。后者是用一個(gè)變換器傳入整流濾波與 過特殊的控制，第一強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，第二反饋輸出電壓便隨之穩(wěn)定，從而使 C 變換器的輸入實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)。這種 方法上的特點(diǎn)是控制復(fù)雜，但體積大大減小。另外，第二級(jí)設(shè)計(jì)也易優(yōu)江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 化進(jìn)一步提高性能。 最后隨著開關(guān)電源性能的不斷提高，對(duì)開關(guān)電源的要求也愈來(lái)愈高。但是21 世紀(jì)開關(guān)電源技術(shù)最終發(fā)展趨勢(shì)是小型化、薄型化、輕量化、高頻化；高可靠性；低噪聲、節(jié)能型等方向發(fā)展的。 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 目研究方法與價(jià)值 1、研究方法 當(dāng)輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度等外界條件在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，電源的輸出電流是不變的。而在恒流源的特性 1中，即使理想的恒流源是內(nèi)阻為無(wú)窮大、輸出電流始終保持在規(guī)定值，且與端電壓的大 小和極性無(wú)關(guān)的電流源。實(shí)際的電流源是內(nèi)阻 功率都是有限的電流源。當(dāng)負(fù)載電阻 時(shí)，輸出功率0 0P。理想恒流源的外特性是一條垂直于橫坐標(biāo)電流軸的直線 圖 1為理想電流源，右圖為實(shí)際電流源） 電流源外特性圖（ 1 表示理想電流源， 2 表示實(shí)際電流源） 而在電路中：1O L S S I I (電源外特性曲線呈陡降式接近恒流源。 ) 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 2、研究?jī)r(jià)值 開關(guān)電源因其高效節(jié)能引起社會(huì)各方面的重視，現(xiàn)已成為通用開關(guān)電源、專用開關(guān)電源及特種開關(guān)電源優(yōu)選集成電路。多年來(lái)對(duì)開關(guān)電源的核心單元 控制電路實(shí)現(xiàn)集成化是開關(guān)電源的發(fā)展方向之一，在這過程中，更小體積，更少電磁污染，具有可靠的過電壓及過電流保護(hù)電路的技術(shù)也在飛速發(fā)展，特別是在驅(qū)動(dòng)流開關(guān)電源方面，發(fā)展尤其突出，因此具有很大研究?jī)r(jià)值。 白光 國(guó)際公認(rèn)的下一代照明光源。而有人斷言，高亮度 是人類繼愛迪生白燈泡之后，最偉大發(fā)明之 一，那么隨著技術(shù)發(fā)展白光 逐漸取代傳統(tǒng)的照明源指日可待。因此白光 動(dòng)電源也將有著越來(lái)越廣泛應(yīng)用前景的。另一方面從技術(shù)角度看，實(shí)現(xiàn) 電壓大電流，并且要保持電路穩(wěn)定性同時(shí)又要不斷提高能量轉(zhuǎn)換率，這對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是較大挑戰(zhàn)，同時(shí)我們可以看，白光 動(dòng)恒流開關(guān)電源開關(guān)具有誘人的發(fā)展趨勢(shì)與非常好產(chǎn)業(yè)前景。 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 第二章 開關(guān)電源電路拓?fù)鋱D 端正、反激式變換器 單端正激式變換器是在 換器的開關(guān)管與續(xù)流二極管之間插入高頻變壓器，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電氣隔離的一種 換器。它由逆變器（ 輸出整流濾波電路、反饋控制 動(dòng)電路等組成的。電路如下圖 2示： 圖 2端正激式變換器原理圖 單端正激式變換器工作原理可按其工作狀態(tài)分開關(guān)管導(dǎo)通一次側(cè)能量向二次側(cè)傳輸過程；開關(guān)管截止磁浮為電路將磁化能量轉(zhuǎn)移到電源及二次側(cè)電感儲(chǔ)能經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流的過程；開關(guān)管截止期間磁浮為完成及電感儲(chǔ)能斷續(xù)經(jīng)續(xù)流過程。兩個(gè)過程等效電路圖： 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 （ a） 能量傳輸?shù)刃щ娐穲D (b) 止磁復(fù)位完成， 流仍續(xù)流等效電路圖 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 第三章 恒流開關(guān)電源設(shè)計(jì) 選用單端正激式開關(guān)電源拓?fù)鋱D 2為它是一種小型、經(jīng)濟(jì)，也是開關(guān)電源應(yīng) 用較多一種，并且它功率輸出在 50 200W 是最合適的。設(shè)計(jì)技術(shù)要求如下： 輸入電壓：交流 220V10% 紋波電壓 出電壓 15V 輸 出波動(dòng)電流 出電流 10A 占空比： D 關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟 1、開關(guān)電源可以采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。由于其設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，因此要把它分解成多個(gè)基本模塊設(shè)計(jì)，功能模塊圖見圖 3 原理圖 3關(guān)電源是由輸入整流與濾波電路、高頻變壓電路、整流續(xù)流與濾波電路、穩(wěn)壓恒流電路、保護(hù)電路、反饋電路、控制電路以及功率開關(guān)組成的。輸入整流濾波電路其作用是把電網(wǎng)存在雜波過濾，也是通過整流得到輸出所需要的直流電壓。高頻變壓器 是開關(guān)電源設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件之一，在電路回路中起到電器隔離、變壓、儲(chǔ)能、變流或者是變阻等作用的。而輸出整流續(xù)流與濾波電路是通過整流續(xù)流功能得到輸出所需要直流電流，當(dāng)然還要通過濾波器把多余雜波給濾掉。穩(wěn)壓恒流輸出電路目的是為負(fù)載提供一個(gè)恒流電流。反饋電路可以是電壓反饋，也可以是電流反饋，它是通過輸出端取樣的電流電壓值與控制器基準(zhǔn)電流電壓值相比較，起到反饋傳遞作用?？刂破魇峭ㄟ^反饋電路的信息在調(diào)整電路電流電壓的輸出的，輸出電流盡可能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。而功率開關(guān)管是由控制器 制它的導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)節(jié)脈沖寬度從而也實(shí)現(xiàn)占 空比大小調(diào)節(jié)的。整體電路是將頻率為 50220V 的市電交流電壓經(jīng)過主電路輸入整流與濾波、變壓器、整流、續(xù)流與濾波、穩(wěn)壓電路恒流流電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，輸出恒定的直流電流。 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 輸入 圖 3開關(guān)電源模塊功能圖 2、開關(guān)電源設(shè)計(jì)總是先進(jìn)行總體考慮，然后對(duì)電源各部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，接下來(lái)就是設(shè)計(jì)總體和輔助功 能，最后進(jìn)行測(cè)試和設(shè)計(jì)優(yōu)化的。下面開關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟流程圖 3入整流與濾波 變壓器 整流、續(xù)流與濾波 穩(wěn)壓恒流輸出 反饋網(wǎng)絡(luò) 保護(hù)電路 控制器 率開關(guān)管 驅(qū)動(dòng) 線江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 3始 選用拓?fù)鋱D 變壓器設(shè)計(jì) 輸出濾波與整流設(shè)計(jì) 功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 控制器設(shè)計(jì) 輸出反饋設(shè)計(jì) 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 高層功能設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 測(cè)試電路實(shí)際工作與設(shè)計(jì)結(jié)果的區(qū)別 優(yōu)化設(shè)計(jì) 試 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 3壓器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪浑娐返碾姶叛b置，是電源設(shè)備中的關(guān)鍵部件之一。變壓器只用于交流傳輸與變換，而不能進(jìn)行直接傳輸，在交流電路中起電氣隔離、儲(chǔ)能、變壓、變阻等作用的。 圖 3壓器 2計(jì)算 2O L U （ 輸出扼流圈在內(nèi)次級(jí)線圈的電壓降， 輸出二極管的正向電壓。 最低的次級(jí)電壓 m a x m a x2 m i nm a U （ 設(shè)m a x 0 . 2 , 0 . 5 U V(設(shè)定肖特基二極管 )，則 2 m i . 5 0 . 2 0 . 5 5 3 8 . 62 . 1 線圈計(jì)算 輸入直流電壓 最小值使用按輸出電路計(jì)算求得的 。根據(jù)中國(guó)輸配電情況 00 253V,則變壓比 N 為 2 m i n1 m i . 6 0 . 1 9 3200 根據(jù) 資料可知 它的有效面積為 S=111心材質(zhì)相當(dāng)于 大工作磁道密度 從圖 3查得 00 ，且要選擇能保持線性范圍的 下。當(dāng)磁心溫度有 100 ，工作頻率 200，約減少 成為 根據(jù)線圈計(jì)算公式則， 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 2 m i n m a 8 . 6 2 . 1 3 . 70 . 2 1 1 1S （ 因而次級(jí) 4，式中 磁心的磁通密度（ T）； S 為磁心的有效截面積（ 初級(jí)線圈的匝數(shù)則是 21 4 210 . 1 9 3 確定121 9 , 4。次級(jí)線圈所需要的電壓 定要充分，因此要進(jìn)行 據(jù)（ 式 m a x m a xm a x2 m i . 5 0 . 5 0 . 2 5 2 . 1 03 8 . 6o L U 則有 m a xm a x 2 . 1 0 0 . 4 25 正結(jié)果為 然在 圍內(nèi)，可以繼續(xù)使用以下計(jì)算。 出濾波器的設(shè)計(jì) 在開關(guān)電源中帶磁心的電感器，一般采用電感線圈 輸出濾波電容器成的 “L”型濾波器如右圖 3感線圈對(duì)高頻成分呈現(xiàn)很高的感抗，而電容對(duì)高頻成分呈現(xiàn)很小容抗，已達(dá)到在電路中抑制紋波和平滑直流的作用。 圖 3濾波器 出扼流圈的電感值設(shè)計(jì) 計(jì)算流入輸出扼流圈電流 2 m i n m a (L 為輸出扼流圈的電感（ H）； I 為輸出電流的 10%30%。則有 0 . 2 1 0 0 . 2 2 A 電感 L 值為： 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 2 m i nm a xm a x 3 8 . 6 1 5 . 5 0 . 5 2 . 1 1 1 . 8 62 U oL t 由此可見，需要 10A 的扼流圈。 出濾波電容的確定 輸出電容器的選定取決于輸出脈動(dòng)電壓控制在多少毫伏。輸出脈動(dòng)電壓要根據(jù) I 和輸出電容器的等效串聯(lián)電阻一般規(guī)定為輸出電壓的 圍。 0 . 3 0 . 5 0 . 3 0 . 5 1 5 4 5 7 51 0 0 1 0 0m V 又因 R （ 根據(jù)（ : 4 5 7 5 2 2 . 5 3 7 . 52 就是在 200圍內(nèi)，需要以下電容器的。所以可以選擇 20V， 8200 H，則1m ,容許脈動(dòng)電流為 流向電容器的紋波電流為 2 0 . 5 82 3 2 3LC f m s 說(shuō)明該電容器合適。 波器電阻設(shè)計(jì) 要想不是輸出扼流圈的電流中斷而直接使用時(shí)，可以假設(shè)電阻值為2 2 1 5 152 則假設(shè)電阻011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 2 215 1515 位電路計(jì)算 復(fù)位電路如圖 3示。開關(guān)功率管 通時(shí)，變壓器 磁通增加，磁能被儲(chǔ)存到 止時(shí)，即放出這種受激磁的磁能下圖復(fù)位線圈到 圖 3位電路 以在 止時(shí)通過 磁能反饋到輸入。在 止時(shí)，因復(fù)位線圈 端的電壓受 制因此，這是初級(jí)圈的電壓 求 1133 (在此公式里，如果 圈耦合不好，則 止瞬間所發(fā)生的尖峰電壓會(huì)因漏磁通而 會(huì)飽和，且會(huì)有過大電流流向初級(jí)線圈，為防止這種現(xiàn)象，要滿足下面 （ 式 11 m a x 1 m a U 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 （ 即 1 m a a 1 1 0 . 4 2290 . 4 2 所以 3 28N 則磁復(fù)位串接在 中二極管 受最大電壓為 31 m a 2 2 0 1 . 1 2 7 9 521V D i 那么選擇 定電壓為 800V，這樣基本符合要求的。 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 率開關(guān)管選擇 右圖 3 功率開關(guān)管，它主要具有驅(qū)動(dòng)功率小，器件功率 容量大；第二個(gè)顯著特點(diǎn)是開關(guān)速度快，工作頻率高，另外他的熱穩(wěn)定性優(yōu)于 優(yōu)點(diǎn)，也是目前開關(guān)變換器廣泛應(yīng)用的開關(guān)器件。 根據(jù)單端正激式變換器計(jì)開關(guān)管 受最大電壓公式 6得 : 圖 3 11 m a 2 2 0 1 . 1 2 5 9 728V T i (流過 關(guān)管最大電流為 2141 0 1 . 9 021d s 功率 號(hào) 最大承受電壓V） 最大電流A） 最大功率損耗W） 封裝型號(hào) 導(dǎo)通最大電阻值 典型值大值 向降 V） 正向電流A） 200 10 80 )0 5 200 3 100 0 00 3 75 M 0 00 5 45 0 00 5 100 M 0 00 5 125 ) 0 00 7 150 ) 0 00 8 85 )0 00 9 150 ) 0 00 1 20 0 00 1 40 0 00 1 60 0 00 0 0 00 3 100 0 據(jù)下面功率 3以選擇東芝 2號(hào)。它的最高承受江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 電壓為 900V，允許最大電流為 功率損耗是 40W，是上面功率最小損耗的。 輸出二極管的選擇 輸出二極管有肖特基二極管（ ,低損耗二極管（ 高速二極管(輸出為低壓大電流時(shí)應(yīng)采用肖特基二極管，其他則采用低損耗或調(diào)整二極管。 選擇二極管時(shí)要注意選擇反向恢復(fù)時(shí)間 的二極管。這 是因?yàn)橹鏖_關(guān)元件閉合時(shí)反向流入二極管的電流會(huì)影響初級(jí)線圈開關(guān)特性并致使損耗增大。同時(shí)，輸出噪聲也會(huì)受很大影響的。所以輸出整流二極管選擇一般原則有四點(diǎn)。 1、 選用正向壓降 的整流二極管； 2、 選用反向恢復(fù)時(shí)間 流二極管； 3、 選用正向恢復(fù)電壓 流二極管； 4、 選用反向漏電流 整流二極管。 根據(jù)單端正激式變換器（ 式，在 止時(shí)承受最大壓降為 2134 2 2 0 3 228V D i 流過整流二極管的最大電流、有效值為（二次則占空比 D 為 別為： m a x 10 A( 0 0 . 4 2 1 0 6 . 5D R m I A (而選擇取整流二極管額定電流 ，應(yīng)按流過的電流有效值 算值選取的，并留有一定裕度，還要考慮散熱條件，通常選取 1 . 5 1 . 5 6 . 5 9 . 7 5F D R m A 可以選擇肖特基二極管 大承受電壓 0V,額定電流為 15A., 續(xù)流二極管 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 續(xù)流二極管 的反向電壓 輸出變壓器次級(jí)電壓的最大值是相同的。根據(jù)單端正激式變換器公式 6得 : 22 m a 2 0 4 221V D i 流過它方向電流 般看作與 致相同的，即 o=10A. 可選擇低損耗二極管 為續(xù)流二極管它參數(shù)為， 5V, 5A,江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 流輸出電路設(shè)計(jì) 流輸出原理 任何電源要實(shí)現(xiàn)恒流功能，均需對(duì)電源的 輸出電流進(jìn)行檢測(cè)取樣，與電流設(shè)置值即參考值進(jìn)行比較，經(jīng)負(fù)反饋放大調(diào)節(jié)（ P、 線性串聯(lián)穩(wěn)壓是調(diào)節(jié)調(diào)整管的壓降，而開關(guān)電源是調(diào)節(jié)變換器的脈寬（或占空比），維持輸出電流的恒定 8,18。 圖 3恒流控制反饋系統(tǒng)圖。圖中 電流設(shè)置基準(zhǔn)； 電流 電流取樣反饋系數(shù)； 電流取樣電阻和負(fù)載電阻。該系統(tǒng)采用是電流模式控制，可以檢測(cè)變換器輸出電流，適當(dāng)?shù)剡x取反饋系數(shù) 通過 P（比例）、 例積分）、 例積分微分器）實(shí)現(xiàn)恒流控制。在反饋系數(shù)不變情況 下，也可以通過改變電壓或電流實(shí)現(xiàn)恒流值控制。 圖 3流控制反饋系統(tǒng)圖 圖 3恒流電源常用電路，其中采樣電阻 為回路電流的采樣元件。它把回路電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并與基準(zhǔn)電壓 放大器中進(jìn)行比較放大，然后將其送至調(diào)整管 基極，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管 輸出電流 化進(jìn)行補(bǔ)償校正。就可以實(shí)現(xiàn)恒流輸出的。 C/整流濾 波 f 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 圖 3流電源原理圖 流輸出計(jì)算 恒流輸出電路是采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)恒流源電路構(gòu)成如 3所示。三端固定式集成穩(wěn)壓器， 極管負(fù)載電阻， 可調(diào)電阻器。 圖 3流輸出電路 工作原理：固定式集成穩(wěn)壓器工作在正常狀態(tài)，在輸出 2 和公共端 3 之間接一電位器 而形成一固定恒流源。調(diào)節(jié) 可以改變電流的大小，其輸出電流為 式中 靜電流，小于 10 小即輸出電流較大時(shí)，可以忽略 當(dāng)電路中電壓或者是負(fù)載發(fā)生變化時(shí)， 改變自身壓差來(lái)維持通過負(fù)載的電流不變的。 設(shè) 15 時(shí)，那么它輸出恒定電流變化范圍 1 1 5 江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 因此可以實(shí)現(xiàn) 10A 恒流輸出的。 沖吸收電路設(shè)計(jì) 在開關(guān)電源中，由于變壓器的漏感、布線的引線電感存 在、開關(guān)管在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰脈沖。整流快速恢復(fù)二極管由于存在存儲(chǔ)效應(yīng)，反向恢復(fù)過程中也會(huì)出現(xiàn)很高的反向恢復(fù)地碾壓尖峰脈沖。這些過電壓尖峰脈沖的出現(xiàn)不但危及功率器件的工作安全性，而且形成很強(qiáng)的電磁干擾噪聲。為此必須在功率器件兩端設(shè)計(jì)尖峰電壓緩沖吸收電路。緩沖電路圖如 3 3紅色框內(nèi)是緩沖電路） 從緩沖電路中均有電容器元件，電容器的端電壓不能突變，當(dāng) 率開關(guān)管關(guān)斷是形成尖峰電壓脈沖能量轉(zhuǎn)移到電容器中儲(chǔ)存，然后電容器的儲(chǔ)能通過電阻消耗或返回電源， 起到緩沖吸收電壓尖端作用。而輸出二極管兩端產(chǎn)生的反向浪涌電壓同時(shí)也受到限制，這樣因此反向浪涌電流就會(huì)隨之而減少，以及減少損耗和可能出現(xiàn)振蕩。 制電路設(shè)計(jì) 開關(guān)穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的主回路工作狀態(tài)，由控制回路來(lái)完成，控制回路在主江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 回路中隊(duì)電壓或者電流取樣，作為控制回路的輸入，其輸出控制主回路達(dá)到預(yù)定工作狀態(tài)。控制回路多數(shù)采用脈沖寬度調(diào)制器（ 而下面采用是 示，下面是它結(jié)構(gòu)圖與及引腳功能表 3 圖 3 片圖 表 3引腳號(hào) 功 能 引腳號(hào) 功 能 1 死區(qū)時(shí)間控制 8 電源電壓 2 反饋 9 輸出晶體管集電極 3 過流閉鎖控制 10 輸出級(jí)輸出 4 懸空 11 輸出晶體管發(fā)射極 5 定時(shí)電容器 12 懸空 6 定時(shí)電阻器 13 通 /斷控制時(shí)間 7 接地 14 基準(zhǔn)電壓 下圖 3控制 片與外部電路連接視圖，組成所需要設(shè)計(jì)功能或參數(shù)。 1、振蕩器 振蕩器的振蕩頻率 接在引腳 6 上的定時(shí)電阻器 接在引腳 5 上的定 時(shí) 電 容 器 定的。當(dāng) 1 7 1 51 0 , 4 7 0R k C p F 時(shí)振蕩頻率江西理工大學(xué) 2011 屆 本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 200o s 。 2、啟動(dòng)電路 啟動(dòng)電路由接在引腳 8 上 上外部電源為芯片工作提供 5V 電源，而接在引腳 9 上是通過 在外部電路提供集電極電壓。 3、限流電路 過流保護(hù)電路由 成。它們是接到引腳 3 上的，在正常情況下，引腳 3 上電壓低于 200出現(xiàn)過流時(shí)，引腳 3 上的電壓超過 200正負(fù)閥值，輸出級(jí)被鎖定為低電平，下個(gè)脈沖周期來(lái)之前，過流閉鎖器復(fù)位， 對(duì)下個(gè)周期的過電流進(jìn)行檢測(cè)，限制脈沖寬度。 圖 3片外接電路圖 4、過電壓保護(hù)電路 過電