反激式開關(guān)電源論文報告

1、編號： 開關(guān)電源技術(shù)實訓(xùn)（論文）說明書題 目： 反激式開關(guān)電源制作 院 （系）： 信息與通信學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 童有為 2016年 01月15日桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)說明書用紙摘 要開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。反激式開關(guān)電源變換器因其電路簡潔，所用元器件少，成本低，是隔離變換器中最常用的一種。本次設(shè)計將220V、50Hz的交流電（市電）轉(zhuǎn)換成12V的直流輸出。

2、該12V開關(guān)電源是以SD4870A為核心，其間經(jīng)過變壓、整流、濾波以及穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)，使之滿足輸出需要。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；反激式變換器；SD4870AAbstractHigh frequency switch power supply is its development direction, high frequency, the miniaturization of switch power supply, switching power supply and to enter into a wider range of areas, especially in the high and ne

3、w technology in the field of application, promoted the high-tech products of miniaturization, light change. In addition the development and application of switch power supply in the aspect of saving energy, saving resources and protecting the environment has important significance.Flyback converters

4、 because of its simple circuit, used less components, low cost, is one of the most commonly used in isolation converter. The design will lead to a 220 v, 50 hz alternating current (mains) converted to 12 v dc output. The flyback switch power supply is the 12 v SD4870 as the core, with variable press

5、ure, rectifier, filter, and voltage regulator, to meet the needs of the output. Key Words: Switching power supply; The flyback converter; SD4870A目 錄引言11 離線式變換器分類11.1 反激式變換器11.2 正激式變換器12 工作原理22.1 原理圖22.2 工作原理22.3 電流模式PWM控制器32.4 光電耦合器PC12332.5 可調(diào)精密基準(zhǔn)電源電路TL43142.6 EMI濾波電路42.7 整流濾波及續(xù)流部分42.8 變壓器52.9 取樣比較

6、電路52.10 脈寬調(diào)制電路63 電路板的安裝及焊接73.1 變壓器的制作73.2 變壓器的測驗73.3 元器件安裝74 電源調(diào)試84.1 電路組成84.2 整機(jī)外觀檢測84.3 通電測試84.4 帶負(fù)載測試85 結(jié)論9謝 辭10參考文獻(xiàn)112桂林電子科技大學(xué)實訓(xùn)說明書用紙引言離線式變換器是由標(biāo)準(zhǔn)的DC-DC變換器拓?fù)溲苌鴣淼?。在廣泛應(yīng)用于小功率場合的反激變換器拓?fù)渲?，其實是用多繞組電感代替常用的單繞組電感的buck-boost電路。類似地，應(yīng)用于中大功率場合的正激變換器，是buck的衍生拓?fù)?，其中用變壓器代替常用電感（扼流圈）。反激變換器電感其實既起電感也起變壓器作用，它不僅能像所有電感一

7、樣存儲電磁能量，而且能像變壓器一樣提供電網(wǎng)隔離。與此同時，變壓器“匝比”決定的恒比降壓轉(zhuǎn)換功能。1 離線式變換器分類1.1 反激式變換器反激式（Flyback）變壓器，或稱轉(zhuǎn)換器、變換器。因其輸出端在圓邊繞組斷開電源是獲得能量故而得名。在反激式變換器中，能量從輸入傳到輸出過程，所有能量必須通過電感或變壓器中轉(zhuǎn)。其中，反激式變壓器具有轉(zhuǎn)換效率高、損失小等特點。與此同時，由于輸出電壓中存在較大的紋波，負(fù)載調(diào)整率精度不高，因此輸出功率受到限制；并且在電感電流連續(xù)模式(CCM)工作時，有較大的直流分量，易導(dǎo)致磁芯飽和，所以必須在磁路中加入氣隙，從而造成變壓器體積變大等缺點。1.2 正激式變換器在正激式

8、變換器中，能量從輸入端給電感或變壓器充電的同時，也給后級供電。正激式變壓器開關(guān)電源是在變壓器的初級線圈被直流電壓激勵是，變壓器的次級線圈向負(fù)載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時盡管輸出功率不停的變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，以此說明正激變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較好；只有在控制開關(guān)處于關(guān)斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時提供，此時輸出電壓雖然受負(fù)載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負(fù)載電流對輸出電壓的影響也很小。與反激式變壓器開關(guān)電源相比較，正激式變換器開關(guān)電源具有較好的電壓和電流輸出特性，但也存在缺點。首先，其電路比反激式變

9、壓器多用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管；其次，正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度比較高，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較大；此外，其體積也比反激式變壓器開關(guān)電源的大很多。2 工作原理2.1 原理圖圖1 原理框圖2.2 工作原理電路板電源接上220V交流電，電流流過熱敏電阻（限流）和保險絲（保護(hù)），L線和N線之間加入安規(guī)電容（CX1）和安全電阻（ZNR1），其中保護(hù)接入電路，再經(jīng)過共模電感（消除內(nèi)外的電磁干擾），經(jīng)過整流橋之后，電壓升至約300V，大電容EC1用來濾波，電流經(jīng)過R1、R2，并對電容EC2進(jìn)行充電。SD4870得到一個啟動電壓后啟動，并通過1腳（GATE）

10、控制場效應(yīng)管SVD04N60F導(dǎo)通，電流經(jīng)過變壓器的異名端4腳對初級線圈進(jìn)行儲能，因為流過R1、R2的電流較小，不能維持SD4870A工作，SD4870A通過1腳給SVD04N60F的柵極一個低電平，場效應(yīng)管不導(dǎo)通。初級線圈通過電磁的互感作用開始放電，變壓器2、3同名端為高電平，電流從2腳出流過二極管FR107，最后進(jìn)入SD4870A的Vcc端，維持芯片持續(xù)工作，芯片的PWM占空比由SD4870A的5腳（RI端）設(shè)定，頻率為6500/100=65KHz，從而芯片就產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM讓場效應(yīng)管SVD04N60F周期性工作。次級線圈的電流由9、10同名端經(jīng)過雙向二極管（增大通過電流）進(jìn)行半波整

11、流，然后經(jīng)過型濾波器（電容EC4、電容EC5和電感L1組成，）濾波，最后輸出電壓為5V（R9用來消耗電能）。當(dāng)輸出電壓大于12V時，R13和R14間的電壓大于2.5V，IC3導(dǎo)通，相當(dāng)于導(dǎo)線，反饋電壓在光電耦合器的發(fā)射端形成回路，光電耦合器工作，從而SD4870A的7腳（FB端）接收到一個電平信號，讓SD4870A改變輸出PWM的占空比，場效應(yīng)管SVD04N60F的截止時間變短，導(dǎo)通時間變長，即變壓器的儲能時間變長，互感釋放能量的時間變短，次級得到的能量就相應(yīng)的減少，所以電壓逐漸減小，降低到穩(wěn)定的12V。當(dāng)輸出電壓小于12V時，電源工作在欠壓狀態(tài)，R13和R14間的電壓小于2.5V，即LT43

12、1的基準(zhǔn)電壓小于2.5V，IC3導(dǎo)通，相當(dāng)于導(dǎo)線，反饋電壓在光電耦合器的發(fā)射端形成回路，光電耦合器工作，從而SD4870A的7腳（FB端）接收到一個電平信號，讓SD4870A改變輸出PWM的占空比，場效應(yīng)管SVD04N60F的截止時間變長，導(dǎo)通時間變短，即變壓器的儲能時間變短，互感釋放能量的時間變長，次級得到的能量就相應(yīng)的增加，所以電壓逐漸升高，升高到穩(wěn)定的12V。2.3 電流模式PWM控制器SD4870是電流模式PWM控制芯片。用于高性能、低待機(jī)功耗的離線反激變換器的控制。在空載或輕載時，芯片工作在輕載模式，減小開關(guān)損耗，提高效率。芯片的低啟動電流，使得啟動電路可以采用阻值大的啟動電阻，來減

13、小待機(jī)電流。自帶各種保護(hù)功能，包括每周期的過流保護(hù)、過載保護(hù)、輸入電壓的過壓及欠壓保護(hù)等。抖頻工作技術(shù)以及帶軟開關(guān)控制的圖騰柱式驅(qū)動輸出可以達(dá)到極佳的EMI性能。主要特點：開關(guān)的抖頻控制提高EMI 性能、輕負(fù)載模式減小待機(jī)功耗、外部設(shè)置開關(guān)頻率、3mA 低啟動電流、內(nèi)置前沿消隱電路、輸入電壓的過壓及欠壓保護(hù)、柵驅(qū)動輸出高電壓鉗位、輸出過流保護(hù)、過負(fù)載保護(hù)。SD4870如圖2所示圖2 SD4870圖SD4870管腳的描述 ：1腳（GND）：接地 。2腳(FB)：反饋輸入端。3腳(I/O)：振蕩頻率設(shè)置端，外接電阻到地。4腳（SENSE）:開關(guān)電流采樣端。5腳（VDD）：電源。6腳（GATE）:柵

14、驅(qū)動輸出。2.4 光電耦合器PC123光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。主要用前后級之間進(jìn)行位號隔離傳輸。光電耦合器PC123如圖3所示圖3 光電耦合器PC122.5 可調(diào)精密基準(zhǔn)電源電路TL431TL431是一塊精密可調(diào)基準(zhǔn)電源電路良好的穩(wěn)壓特性及靈活的穩(wěn)壓值設(shè)定使該電路在許多應(yīng)用場合可替代穩(wěn)壓二極管其特點為：輸出電壓可調(diào)VK= 2.5V-36V 推薦；參考電壓源誤差1.

15、0%；動態(tài)輸出阻抗低典型值為0.22；陰極電流能力為1.0mA - 100mA 推薦全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦典型值為50ppm；TL431可等效為一只穩(wěn)壓二極管。TL431如圖4所示圖4 TL4312.6 EMI濾波電路標(biāo)準(zhǔn)的EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路，其作用是允許設(shè)備正常工作時的頻率信號進(jìn)入設(shè)備，而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。其中安規(guī)電容中，X電容具有抑制差模信號的作用，Y電容具有抑制共模信號的作用，壓敏電阻具有過壓保護(hù)作用，F(xiàn)S1為熔斷絲，RT1為熱敏電阻。EMI濾波電路如圖5所示圖5 EMI濾波電路2.7 整流濾波及續(xù)流部分電路中的D1、D2、D3、

16、D4、EC1組成整流濾波電路，當(dāng)市電為220V時，EC1的電壓約為310V。續(xù)流電路由D5、R3、C5組成，當(dāng)脈沖驅(qū)動下的高頻變壓器斷電瞬間會產(chǎn)生反沖高壓疊加在回路上，在該續(xù)流電路下有效地降低疊加高壓，可以防止高壓擊穿驅(qū)動管。濾波和續(xù)流電路如圖6所示圖6 濾波和續(xù)流電路2.8 變壓器變壓器是反激電源中最重要的組成部分。由于3腳、2腳、9腳和10腳為變壓器線圈的同名端，所以在SD4870輸出的PWM信號中高位時讓變壓器的P3-5腳產(chǎn)生電壓，p3腳的點位為低、由于同名端的的點位相同、此時1-2腳、7-9腳和8-10腳沒有電壓產(chǎn)生。當(dāng)SD4870輸出的PWM信號中零電位時讓變壓器的P3-5腳電壓消失

17、、這時1-2腳、7-9腳和8-10腳的線圈的同名端極性反轉(zhuǎn)產(chǎn)生電壓，一部分給SD4870供電，另一部分降壓輸出。反激電源的變壓器原理圖如圖7所示圖7 變壓器原理圖2.9 取樣比較電路取樣比較電路是穩(wěn)壓開關(guān)電源的反饋的重要組成部分、其中采樣比較部分的芯片采用TL431（精密可調(diào)基準(zhǔn)電源）。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其封裝形式與塑封三極管9013等相同。TL431的主要參數(shù)為：最大輸入電壓為37V。 最大工作電流150mA。內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5V。輸出電壓范圍為2.530V。電路通過R13、R14和VR1的構(gòu)成的分壓電路，在輸出端輸出穩(wěn)定的5

18、V電壓時，在LT431的比較級就可以產(chǎn)出穩(wěn)定的2.5V電壓，若輸出的電壓大于5V時，LT431就導(dǎo)通讓光耦導(dǎo)通，使得脈寬調(diào)制器SD4870停止輸出PWM信號，讓變壓器停止輸出電壓，使得輸出的電壓下降，當(dāng)電壓下降到5V時LT431有回復(fù)正常狀態(tài)，光耦停止工作，SD4870繼續(xù)工作，繼續(xù)輸出5V電壓。開關(guān)電源的取樣比較電路原理圖如圖8所示圖8 取樣比較電路原理圖2.10 脈寬調(diào)制電路振蕩頻率設(shè)置：振蕩由RI 和GND 之間的外接電阻值決定，兩者之間的關(guān)系為：其中，RRI 為外接電阻值，單位是K。本電源電路R取100K。讓PWM的脈沖的頻率為65KHz。保護(hù)功能：芯片自帶各種保護(hù)功能，包括每周期的過

19、流保護(hù)、過載保護(hù)、輸入電壓的過壓及欠壓保護(hù)等。通過輸入電壓補(bǔ)償?shù)倪^流保護(hù)閾值電壓，實現(xiàn)輸出的恒功率控制。VDD 由外部變壓器的輔助繞組輸出供電。當(dāng)VDD 電壓過高時，被鉗位在閾值處；當(dāng)VDD 電壓過低時，MOSFET 開關(guān)截止，系統(tǒng)重新進(jìn)入上電復(fù)位過程。當(dāng)FB 電壓超過過載保護(hù)電壓閾值，且維持時間達(dá)到時，MOSFET 開關(guān)截止，VDD 電壓開始下降，當(dāng)VDD 低于UVLO 閾值后，重新復(fù)位啟動。脈寬調(diào)制電路如圖9所示圖9 脈寬調(diào)制電路3 電路板的安裝及焊接3.1 變壓器的制作磁芯骨架：EE28 一次=42匝，二次=6匝，IC供電7匝N1：P53 0.4mm*1股 21圈 后加三層馬拉膠N2：P

20、79 0.4mm*3股 6圈 后加二層馬拉膠N3：P810 0.4mm*3股 6圈 后加三層馬拉膠N4：P45 0.4mm*1股 21圈 后加二層馬拉膠N5：P12 0.4mm*1股 7圈 后加三層馬拉膠注意事項：1、先從最底層繞起，即N1N5，且層與層之前需加上馬拉膠 ；2、P53表示從5腳進(jìn)，3腳出（需加絕緣管套，其它腳不用加），一共繞21圈；3、P79表示從7腳進(jìn)，9腳出，3根線并繞，一共繞6圈；4、繞線方向全部朝同一方向。拿磁芯時必須輕拿輕放，否則容易弄壞。5、漆包線繞完后，整理管腳導(dǎo)線線頭，用烙鐵將漆包線與管腳焊接。3.2 變壓器的測驗1合上磁芯測電感量和檢驗同名端順序是否繞錯。 電

21、感表測34PIN，電感值約 816H。 電感表測31PIN，同時短路42PIN，增加約0.5mH，其值約為12.5mH。 電感表測37PIN，短路49PIN，電感值增加。其值約為10.5mH。 電感表測38PIN，短路410PIN，電感值增加。其值約為10.5mH。 電感表測34PIN，短路所有次級，測漏感約0.06mH。2磁芯加氣隙在磁芯的兩個側(cè)柱各墊一層馬拉膠，合上磁芯，測量腳3到腳4的電感量。電感值為1mH900H為正常，若電感值較大，加厚馬拉膠。3.3 元器件安裝焊接規(guī)則一般先裝低矮、耐熱的元件，最后按集成電路。其主要順序為由小到大，由里到外，由矮到高，為提高抗干擾性，元件與印刷板之間

22、的距離應(yīng)盡量小，最后再安裝集成電路。其焊接步驟如下： 1、清理元器件的質(zhì)量，并及時更換不合格的器件；2、將元器件彎曲成我們所需要的形狀，在本電路中所有電阻除（R12外）所有電阻均采用立式插裝，盡量將字符置于易觀察的位置，字符應(yīng)從左到右，從上到下，以便于以后檢查，將元件腳上錫，以便于焊接；3、插裝：照電路圖要求找好元器件對號插裝，有極性的元件要注意極性，如集成電路的腳位等；4、焊接：各焊接點加熱時間及用錫量要適當(dāng)，防止虛焊、錯焊、短路；5、檢查焊接無誤后剪去多余的引腳，檢查所有焊點，并對照電路圖仔細(xì)檢查，并確認(rèn)無誤后方可通電。4 電源調(diào)試4.1 電路組成依據(jù)電路圖焊接好元器件之后，仔細(xì)檢查元器件

23、是否焊接有誤，用萬用表檢查電路板是否存在虛焊或焊渣短路等現(xiàn)象，檢查無誤后進(jìn)行上電調(diào)試。由交流電源輸出220V電源接入系統(tǒng)電源模塊的輸入L、N端口輸入,檢查電路運(yùn)行情況。由于本控制系統(tǒng)的負(fù)載電流要求達(dá)到大是6 A左右，因此在電路中加入負(fù)載電流為6A的負(fù)載電阻，以此來測試系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性。4.2 整機(jī)外觀檢測把焊接完成的開關(guān)電源進(jìn)行整體外觀檢測，檢測每個引腳是否有空焊、虛焊、短路等不良問題，并給予改正；檢查電解電容極性是否放反以免通電時爆炸；檢測二極管是否有反接現(xiàn)象；變壓器是否反接等問題，保證電路之間沒有電氣危害之后進(jìn)行下一步調(diào)試，確保電路和人身安全。4.3 通電測試開關(guān)電源正常工作是在市電下，由

24、于輸入為市電電壓較高，如果沒有防護(hù)設(shè)施進(jìn)行隔離測試容易造成觸電，所以在上電測試前，為了安全起見對市電進(jìn)行隔離?？梢圆捎酶綦x變壓器進(jìn)行市電隔離。由于元件會存在缺陷，在安裝電路板時，能保證無虛焊、錯焊和短路，但不能保證每個元件能正常工作，防止電路不能正常工作而造成元件爆炸而引起事故，測試時應(yīng)采用調(diào)壓測試，在首次測試時，盡能找一本書或蓋子蓋住電路板，避免電路元件爆炸飛賤傷人。首次測試能常輸出5V電壓后。檢查電路板沒有元件過熱等問題才能進(jìn)行后續(xù)的調(diào)試。4.4 帶負(fù)載測試首次通電測試無故障后可以進(jìn)行加載，測試時先對電壓進(jìn)行校對。由于開關(guān)電源具有過壓、過流保護(hù)，可以用大功率電阻加分別先后加1W、5W、25

25、W、30W負(fù)載進(jìn)行測試，測量開關(guān)電源輸出是否能正常輸出穩(wěn)壓12V，反復(fù)調(diào)整輸入電壓進(jìn)行測試，記錄帶載能力。如果開關(guān)電源能正常輸出電壓，就說明電路基本能實現(xiàn)功能，可以進(jìn)行后續(xù)測試。電路不能正常工作，記錄下最大的輸出功率，重新分析電路，查找問題所在。5 結(jié)論本次實訓(xùn)使我對反激式開關(guān)電源電路有了更深入的了解，進(jìn)一步熟悉了焊接，并能夠識別電路圖。在實訓(xùn)過程中了解其中的原理，并能對照電路圖，弄明白各個元器件的作用。首先，在變壓器繞制中，學(xué)會了要先從最底層繞起，并且層與層之間要加上馬拉膠；還要看好是幾股線，是從哪個腳進(jìn)，從哪個腳出，繞線方向全部朝同一方向，在拿磁芯時需輕拿輕放。在測量電感值時，如果電感值較

26、大，需再加厚馬拉膠，知道電感值在正常的范圍內(nèi)。其次，在電路板的焊接過程中，因為元件是從舊板子上拆下來的，所以在焊接到新板子上時要格外小心，避免元件在高溫中被損壞，影響實驗結(jié)果。這對自己的焊接工藝要求就比較高，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的動手能力還有待提高。最后，在上電測試中，發(fā)現(xiàn)輸出的電壓不是12V，在調(diào)節(jié)了可調(diào)電阻之后，使輸出達(dá)到要求。在觀察其他同學(xué)的測試中，自己同樣學(xué)到了很多，如果電路板無輸出，首先檢查電路板是否存在虛焊，漏焊等現(xiàn)象；其次檢查電感電容等元件的好壞，也可能是保險絲壞了。如果輸出隨機(jī)跳動，不穩(wěn)定，可能是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（R12、C6）存在問題。本次實訓(xùn)不僅學(xué)到了很多知識，也學(xué)到了很多與老師同學(xué)相處的