福大電力電子裝置課設(shè) uc3842反激電源

1、 電力電子變流裝置課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： xxx 學(xué) 號(hào)： 011100xxx 專業(yè)班級(jí)： 電力電子 指導(dǎo)教師： 萬(wàn)蕾迎 二一四 年 5 月 5 日目 錄1.課程設(shè)計(jì)目的22.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求23.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容34.結(jié)論141. 課程設(shè)計(jì)目的本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)完整的反激變換器達(dá)到以下目的：1) 在學(xué)習(xí)完電力電子變流裝置課程，對(duì)常見(jiàn)的DC/DC變換器的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變換器的控制方式有了充分的了解基礎(chǔ)上，通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深對(duì)上課內(nèi)容的了解，把課堂上學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中；2) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)正激變換器主電路元器件參數(shù)的確定，包括變壓器磁芯的選取、繞組匝數(shù)的計(jì)算、濾波電感的選取

2、、濾波電容的選取等；3) 學(xué)會(huì)如何分析一個(gè)電路的穩(wěn)定性，以及在電路不穩(wěn)定的情況下借助軟件通過(guò)設(shè)計(jì)合理反饋不僅使電路性能達(dá)到要求并且使性能有所提高；4) 培養(yǎng)進(jìn)行電力電子裝置電路的分析與設(shè)計(jì)能力，具備綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論和只是解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，提高自己的專業(yè)素質(zhì)能力；2.課程設(shè)計(jì)題目描述和要求性能指標(biāo)：1、輸入電壓：AC85V-265V2、輸出 1路：輸出電壓：DC5V，輸出電流：1A 2路：輸出電壓：DC12V， 輸出電流：3A3、輸出文波電壓：100mv 要求：1、熟悉高頻開(kāi)關(guān)電源的構(gòu)成，工程原理及其工程設(shè)計(jì)方法；2、 確定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中要求的開(kāi)關(guān)電源的具體電路拓?fù)浼翱刂撇呗裕瓿砷_(kāi)關(guān)

3、電源主電路、控制電路的設(shè)計(jì)； 3、對(duì)設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)行仿真，得到相應(yīng)的仿真結(jié)果； 4、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)； 5、獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)計(jì)劃 課程設(shè)計(jì)共1周。  第1天：選題，查資料；  第25天：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)；  第67天：編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1.1原理框圖兩路輸出的功率分別為5W和36W的電路，考慮電路效率為0.8，總輸入功率為51.25W，故主電路選擇電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的反激電路，原理框圖如下所示：輸入濾波電路主電路輸出濾波PWM控制電路電壓反饋電路圖1 系統(tǒng)原理框圖3.1.2主電路原理的分析 單端反激電路工作過(guò)程如下：當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，它

4、在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管VD處于反向偏置狀態(tài)，所以二極管VD截止，在變壓器次級(jí)無(wú)電流流過(guò)，即沒(méi)有能量傳遞給負(fù)載；當(dāng)截止時(shí)，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通，給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過(guò)。圖2 反激式變換器工作原理及波形圖 32電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.2.1參數(shù)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)選定開(kāi)關(guān)頻率，則，電源的效率，最大占空比。3.2.2確定設(shè)計(jì)反激式變壓器有關(guān)參數(shù)（1）計(jì)算原邊繞組流過(guò)的峰值電流 (式中假設(shè)直流紋波及二極管壓降之和為20V) 則: (2)計(jì)算原邊繞組的電感值假設(shè)電壓波動(dòng)下限為7%（即留有裕量），則： （3）計(jì)算最小占空比 按峰值時(shí)

5、向上波動(dòng)10%計(jì)算，即： 則：電壓的波動(dòng)范圍 則：最小占空比（4）選擇磁芯尺寸 計(jì)算磁芯面積乘積AP。AP為Aw（磁芯窗口面積）和Ae（磁芯有效截面積）的乘積。在產(chǎn)品目錄中查出AP值。根據(jù)要求的限高等尺寸和形狀來(lái)決定使用那一種經(jīng)濟(jì)的磁芯及其形狀和大小。 假設(shè)原邊繞組的線徑為，帶繞組的磁芯所占的AP值為，可按下 式計(jì)算： 式中，表明工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值取飽和值的一半。查資料可得，EE型式的磁芯，100時(shí)，=1950Gs假設(shè)電流線密度為，則通過(guò)0.69A電流時(shí)需要的圓密耳為： 0.69A×=276 由附錄一可得：選取NO.25AWG，其直徑最大為0.0203英寸。所以 ，則 由于占窗口大

6、部分面積的是副邊繞組（電流大，導(dǎo)線多股）和絕緣材料，故一般只為AP的（1/41/3）,取，所以 由TDK部分產(chǎn)品目錄（附錄二）可查得EE30/30/7的磁芯與線圈骨架乘積為： 因?yàn)榧?，所以選此型號(hào)磁芯與線圈骨架合適。（5）計(jì)算氣隙長(zhǎng)度由于反激工作模式是單向激磁，為防止磁飽和，應(yīng)加氣隙（體積為）。 因此，應(yīng)在磁芯中心柱打磨出氣隙0.03716cm，或在磁芯兩外側(cè)磁芯柱各打磨出0.01858cm，在這個(gè)基礎(chǔ)上再進(jìn)行調(diào)整。也可以選取已有氣隙相近的磁芯，并直接進(jìn)行調(diào)整。（6）計(jì)算原邊繞組匝數(shù)，取84匝。（7）計(jì)算副邊繞組匝數(shù) 由得， ，取3匝；，取7匝；輔助電路輸出的電壓為10-34v，取18V，則，

7、取10匝。（8）副邊繞組的線徑 按考慮，通過(guò)1A需要： 參見(jiàn)附錄一選AWG NO24導(dǎo)線，其圓密耳為404。 通過(guò)2A需要：， 參見(jiàn)附錄一選AWG NO21導(dǎo)線，其圓密耳為812。（9）計(jì)算副邊繞組的電感值 由 得二次側(cè)繞組電感值為： ； 3.2.3主電路的設(shè)計(jì)3.2.3.1主開(kāi)關(guān)管的選?。?）承受的最大電壓： 反激變換器中的晶體管必須按關(guān)斷時(shí)的最高集電極電壓和導(dǎo)通時(shí)的最大集電極尖峰電流來(lái)選擇，關(guān)斷時(shí)晶體管承受的最高集電極電壓為：V取600V。（2）額定平均電流： 輸入功率為 最大輸入平均電流 對(duì)于反激式變換器，選擇開(kāi)關(guān)管的額定平均電流時(shí)，一般取最大輸入平均電流的1.5倍。本設(shè)計(jì)主開(kāi)關(guān)管信號(hào)采

8、用IRFBC20（600V,2.5A）3.2.2.2整流二極管的選?。?）承受的最大電流為 o s p sk max （2）承受的最大反壓為：3.2.2.3整流濾波電容的選擇 最大的輸入電功率 整流電路濾波電容的設(shè)計(jì)根據(jù)整流輸出功率與濾波電容的比例系數(shù)（選 2.0uF/W）計(jì)算，即: 為了抑制電流沖擊，常在直流側(cè)串入較小的電感或者是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。3.2.2.3輸出濾波電容的選擇 輸出濾波電容的值可以用下式確定： 所選擇的輸出濾波電容比計(jì)算值大就可以了。3.2.3.3輸出整流管的選擇（1）1路輸出整流管的選擇 當(dāng)整流管截止時(shí)，承受的電壓為： 流過(guò)整流的平均電流為： 綜上，可選擇肖特基二極

9、管STPS20L60CT（2）2路輸出整流管的選擇 當(dāng)整流管截止時(shí)，承受的電壓為： 流過(guò)整流的平均電流為： 綜上，可選擇肖特基二極管MBR20100CT3.2.3.4緩沖電路的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)并聯(lián)在開(kāi)關(guān)管兩端的吸收電路 1、電容值：其中是集電極電流的下降時(shí)間，取 2、緩沖器放電電阻 按在最小導(dǎo)通時(shí)間里電容能充分放電來(lái)選擇，則（2）設(shè)計(jì)并聯(lián)在一次繞組兩端的RCD鉗位電路 RCD鉗位電路的工作原理是：當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)在和漏感中，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)閉時(shí)，中的能量將轉(zhuǎn)移到副邊輸出,但漏感中的能量將不會(huì)傳遞到副邊。如果沒(méi)有RCD鉗位電路， 中的能量將會(huì)在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到開(kāi)關(guān)管的漏源極間電容和電路中的其

10、它雜散電容中，此時(shí)開(kāi)關(guān)管的漏極將會(huì)承受較高的開(kāi)關(guān)應(yīng)力。若加上RCD 鉗位電路，中的大部分能量將在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到鉗位電路的鉗位電容上，然后這部分能量被鉗位電阻消耗。這樣就大大減少了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力。具體鉗位電路計(jì)算如下：(為原邊與副邊繞組一的匝比）對(duì)整個(gè)周期RC的放電過(guò)程分析，有根據(jù)能量關(guān)系有根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，變壓器的漏感能控制在初級(jí)電感量2%左右，所以在此取28.2uH電阻的必須選用功率電阻，由下式?jīng)Q定，解得R=144C=0.14nF,二極管可選用快恢復(fù)二極管FR107。3.2.4 UC3842控制電路的設(shè)計(jì)（1）UC3842的芯片原理和引腳功能介紹UC3842 是一種高性能的固定頻率電流型脈寬

11、集成控制芯片,是專為離線式直流變換電路設(shè)計(jì)的。其主要優(yōu)點(diǎn)是電壓調(diào)整率可達(dá)0. 01 %,工作頻率高達(dá)500 kHz ,啟動(dòng)電流小于1 mA ,外圍元件少。它適用于2080 W的小功率開(kāi)關(guān)電源。其工作溫度為070 ,最高輸入電壓為30 V ,最大輸出電流為1 A ,能驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或MOS 管。UC3842采用DIP - 8 封裝,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個(gè)引腳，各腳功能如下：腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差

12、電壓，從而控制脈沖寬度；腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT)；腳為公共地端；腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns 驅(qū)動(dòng)能力為±1A ；腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。輸出電壓將決定變壓器的變壓比。使輸出端關(guān)閉的方法有：1)將3腳電壓升高到1V以上；2)將1腳電壓降低到1V以下。均能使電流測(cè)定比較器輸出高電平，PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出端。（2） 計(jì)算

13、電流反饋電阻（電流檢測(cè)輸入端的電阻） ，取2 （3）振蕩器外部電路 蕩器頻率由RT、CT設(shè)定，腳4、8間接RT，腳4、5間接CT，腳8是VREF=5V，因此，5V基準(zhǔn)源經(jīng)RT向CT電容充電。充放電時(shí)間分別為tc和td，頻率 忽略td，則 ，取 則取 3.2.5電壓反饋電路設(shè)計(jì)反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817。利用TL43l可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過(guò)線性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖5所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓VR5也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓(TL43

14、1的基準(zhǔn)電壓為2.5V)，使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓Vo下降，最后Vo趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時(shí)，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對(duì)PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。取R5=10，則 (2.5V為T(mén)L431的基準(zhǔn)電壓)3.3仿真電路和仿真圖3.3.1仿真電路 圖一、開(kāi)環(huán)仿真 圖二、加入U(xiǎn)C3842反饋調(diào)節(jié)后仿真電路圖3.3.2仿真圖Ui=180V(1) 開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出波形如下（2）加入U(xiǎn)C3842反饋調(diào)節(jié)后的電壓波形如下： Ui=250V（1） 開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出波形如下：（2）加入U(xiǎn)C3842反饋調(diào)節(jié)后的電壓波形如下：4.課程設(shè)計(jì)總結(jié) 本課程設(shè)計(jì)了一個(gè)反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，雖然只是基本達(dá)到了題目的性能指標(biāo)要求。但是通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電力電子變流裝置所學(xué)內(nèi)容有了更加深入的了解，更加重要的是，一些課堂上感覺(jué)比較抽象的知識(shí)在此次做開(kāi)關(guān)電源的過(guò)程中都得到了進(jìn)一步的了解，也將書(shū)本的理論知識(shí)初步應(yīng)用到實(shí)際中，鍛煉了自己的實(shí)踐能力。另外，我還認(rèn)識(shí)到在平時(shí)的學(xué)習(xí)中要多注意知識(shí)的擴(kuò)展，以免“書(shū)到用時(shí)方恨少”。最后，在遇到不會(huì)的問(wèn)題時(shí)要主動(dòng)向同學(xué)、老師請(qǐng)求幫助，認(rèn)真