開(kāi)關(guān)電源試卷設(shè)計(jì)題完全版課件

2.電路結(jié)構(gòu)的選擇

小功率開(kāi)關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。與單端反激式電路相比，單端正激式電路開(kāi)關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易適應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構(gòu)成的單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路如圖6-1所示。2.電路結(jié)構(gòu)的選擇

小功率開(kāi)關(guān)電源可以采用單圖6-1單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路圖6-1單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路單端正激式開(kāi)關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖6-1中，開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)V1導(dǎo)通，副邊線圈N2向負(fù)載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關(guān)斷時(shí)V1截止，V4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時(shí)原邊線圈N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場(chǎng)能量可通過(guò)N3泄放，而不像一般的RCD磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，因此可達(dá)到減少發(fā)熱，提高效率的目的。單端正激式開(kāi)關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量3.元件設(shè)計(jì)

1)變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)

依據(jù)UC3842應(yīng)用方式，選定定時(shí)電阻RT＝1.8kΩ，定時(shí)電容CT＝10μF。確定開(kāi)關(guān)頻率f＝85kHz，周期T＝

11.8μs。

設(shè)計(jì)單端控制開(kāi)關(guān)電源時(shí)，一般占空比D最大不超過(guò)0.5，這里選擇D＝0.5，則

TON=T×D=5.9μs (6-1)3.元件設(shè)計(jì)

1)變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)

根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開(kāi)關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13cm2，磁路有效長(zhǎng)度l＝6.4cm，飽和磁通密度BS＝0.4T。取變壓器最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax＝BS/3≈0.133T，則電感系數(shù)A為(6-2)變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為(6-3)式中，Ui為最小直流輸入電壓。根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開(kāi)關(guān)頻率選擇PQ26/25磁交流輸入電壓的最小值約為90V,Ui＝90×≈127V，得出N1＝49.9匝，取50匝。原邊線圈電感L＝AN12＝11.1mH。

副邊線圈匝數(shù)為(6-4)式中，UDF為整流二極管V1上的壓降；UL為輸出電感L上的壓降。取UDF+UL＝0.7V，代入式(6-4)，得N2＝10匝。副邊線圈電感為

L2=N22AL=444μH (6-5)交流輸入電壓的最小值約為90V,Ui＝90×≈12開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開(kāi)關(guān)管正常工作，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到e=300V。反饋電線圈向UC3842提供U＝12V的工作電壓，按電容C1上的電壓UC＝16V計(jì)算，以保證有足夠的供電電壓給UC3842。由N3＝(UC/e)N1可得N3＝2.67匝，取3匝。

變壓器副邊電流為矩形波，其有效值為

(6-6)導(dǎo)線電流密度取4A/mm2，所需繞組導(dǎo)線截面積為1.77/4≈0.44mm2。同樣可選擇原邊繞組導(dǎo)線，原邊電流有效值為(6-7)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開(kāi)關(guān)管所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4＝0.0885mm2，選用截面積為0.09621mm2的導(dǎo)線(f0.41mm)。

取輸出電感的電流變化量ΔIL＝0.2Io＝0.5A，則輸出電感為(6-8)式中,U2為副邊線圈最小電壓。計(jì)算得(6-9)所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4＝0.0885mm2，選取UDF＝0.5V，Uo＝3V，代入式(6-8)可得L＝140μH。根據(jù)輸出電感上的電流IL＝Io，所需繞組導(dǎo)線截面積應(yīng)為2.5/4＝0.625mm2，故選擇截面積為0.6362mm2導(dǎo)線

(f0.96mm)。取UDF＝0.5V，Uo＝3V，代入式(6-8)可得2)開(kāi)關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇

由于開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)原邊線圈N1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到eL≈300V，交流輸入電壓經(jīng)全波整流、電容濾波后，直流輸入電壓的最大值

(6-10)所以整流二極管所承受的最高反向電壓為(6-11)續(xù)流二極管所承受的最高反向電壓為(6-12)2)開(kāi)關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇

由于開(kāi)流過(guò)整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為

ID=I2P=Io+0.5A (6-13)

得ID＝2.75A。根據(jù)以上計(jì)算選擇肖特基半橋MBR25120CT,平均整流電流為25A，反向峰值電壓為120V。開(kāi)關(guān)管選用MOSFET2SK793，漏源擊穿電壓為900V，最大漏極電流為3A。流過(guò)整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為

設(shè)計(jì)題2輸入電壓：AC85～265V，50Hz；圖6-8120W/24V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖設(shè)計(jì)題2輸入電壓：AC85～265V，501)器件的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP系列的TOP248Y作為開(kāi)關(guān)器件。由于TOP248Y工作在輸出功率的上限，電流設(shè)定在最大值，因此將TOP248Y的X端直接與源極相連。而過(guò)壓值設(shè)定在DC450V，若輸入電壓超過(guò)此值，則TOP248Y將自行關(guān)斷，直到輸入電壓恢復(fù)正常值時(shí)，TOP248Y自行恢復(fù)啟動(dòng)。頻率選擇端F也與源極直接相連，此時(shí)開(kāi)關(guān)工作頻率設(shè)定在130kHz。1)器件的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP系列的TOP2)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

脈沖變壓器的初級(jí)電感Lm中的電流與電壓的關(guān)系為(6-14)式中,ULm為初級(jí)電感兩端的電壓；τ為開(kāi)關(guān)脈沖寬度。脈沖變壓器的初級(jí)電感值在300～3000μH之間，輸出功率大的情況應(yīng)取下限，反之則取上限。變壓器初級(jí)電感值不能太小，否則會(huì)造成TOP248Y中的功率MOSFET的漏極電流太大，使開(kāi)關(guān)損耗增加，同時(shí)易造成過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，使電源難以啟動(dòng)。同樣，初級(jí)電感值也不能太大，否則不能滿足輸出功率的要求。2)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

脈沖變壓器的初級(jí)電感Lm3)電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)

次級(jí)電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流管和濾波電容。整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行，其最大值的選擇為

IRLC≈2Io=2×5=10A (6-15)(6-16)(6-17)式中,Uo為輸出電壓；Io為輸出電流；Uimax為最大直流輸入電壓；Dmin為開(kāi)關(guān)的最小占空比；n為脈沖變壓器的變比。3)電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)

次級(jí)電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流將Uimax＝375V，Uo＝24V，Dmin代入式(6-17)，得到脈沖變壓器的變比為n≈4。此時(shí)脈沖變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電流為

(6-18)此值遠(yuǎn)小于TOP248Y的漏極電流7.2A。電源次級(jí)整流管在輸出電壓較低的情況下，采用肖特基二極管以減小二極管的損耗。當(dāng)輸出電壓較高時(shí)，則需要采用快恢復(fù)二極管；當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作整流管，以減小其反向電流對(duì)初級(jí)的影響。濾波電容C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求，L1及C9應(yīng)能有效地濾除開(kāi)關(guān)過(guò)程所產(chǎn)生的高頻噪聲干擾。將Uimax＝375V，Uo＝24V，Dmin代入式精品課件！精品課件！精品課件！精品課件！4)反饋電路的設(shè)計(jì)

圖6-8所示電路的反饋電路采用光電耦合器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器VS2以及R10、R11、R6組成的輸出電壓調(diào)整電路，R5為光電耦合器的限流電阻。在啟動(dòng)瞬間，檢測(cè)光電耦合器輸出電流，從而改變IC1控制端的電流，實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)整，以確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值。C11和R4、C4組成環(huán)路補(bǔ)償電路。4)反饋電路的設(shè)計(jì)

圖6-8所示電路的反饋電路采用2.電路結(jié)構(gòu)的選擇

小功率開(kāi)關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。與單端反激式電路相比，單端正激式電路開(kāi)關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易適應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構(gòu)成的單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路如圖6-1所示。2.電路結(jié)構(gòu)的選擇

小功率開(kāi)關(guān)電源可以采用單圖6-1單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路圖6-1單端正激式開(kāi)關(guān)電源的主電路單端正激式開(kāi)關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖6-1中，開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)V1導(dǎo)通，副邊線圈N2向負(fù)載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關(guān)斷時(shí)V1截止，V4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時(shí)原邊線圈N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場(chǎng)能量可通過(guò)N3泄放，而不像一般的RCD磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，因此可達(dá)到減少發(fā)熱，提高效率的目的。單端正激式開(kāi)關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量3.元件設(shè)計(jì)

1)變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)

依據(jù)UC3842應(yīng)用方式，選定定時(shí)電阻RT＝1.8kΩ，定時(shí)電容CT＝10μF。確定開(kāi)關(guān)頻率f＝85kHz，周期T＝

11.8μs。

設(shè)計(jì)單端控制開(kāi)關(guān)電源時(shí)，一般占空比D最大不超過(guò)0.5，這里選擇D＝0.5，則

TON=T×D=5.9μs (6-1)3.元件設(shè)計(jì)

1)變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)

根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開(kāi)關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13cm2，磁路有效長(zhǎng)度l＝6.4cm，飽和磁通密度BS＝0.4T。取變壓器最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax＝BS/3≈0.133T，則電感系數(shù)A為(6-2)變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為(6-3)式中，Ui為最小直流輸入電壓。根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開(kāi)關(guān)頻率選擇PQ26/25磁交流輸入電壓的最小值約為90V,Ui＝90×≈127V，得出N1＝49.9匝，取50匝。原邊線圈電感L＝AN12＝11.1mH。

副邊線圈匝數(shù)為(6-4)式中，UDF為整流二極管V1上的壓降；UL為輸出電感L上的壓降。取UDF+UL＝0.7V，代入式(6-4)，得N2＝10匝。副邊線圈電感為

L2=N22AL=444μH (6-5)交流輸入電壓的最小值約為90V,Ui＝90×≈12開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開(kāi)關(guān)管正常工作，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到e=300V。反饋電線圈向UC3842提供U＝12V的工作電壓，按電容C1上的電壓UC＝16V計(jì)算，以保證有足夠的供電電壓給UC3842。由N3＝(UC/e)N1可得N3＝2.67匝，取3匝。

變壓器副邊電流為矩形波，其有效值為

(6-6)導(dǎo)線電流密度取4A/mm2，所需繞組導(dǎo)線截面積為1.77/4≈0.44mm2。同樣可選擇原邊繞組導(dǎo)線，原邊電流有效值為(6-7)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開(kāi)關(guān)管所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4＝0.0885mm2，選用截面積為0.09621mm2的導(dǎo)線(f0.41mm)。

取輸出電感的電流變化量ΔIL＝0.2Io＝0.5A，則輸出電感為(6-8)式中,U2為副邊線圈最小電壓。計(jì)算得(6-9)所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4＝0.0885mm2，選取UDF＝0.5V，Uo＝3V，代入式(6-8)可得L＝140μH。根據(jù)輸出電感上的電流IL＝Io，所需繞組導(dǎo)線截面積應(yīng)為2.5/4＝0.625mm2，故選擇截面積為0.6362mm2導(dǎo)線

(f0.96mm)。取UDF＝0.5V，Uo＝3V，代入式(6-8)可得2)開(kāi)關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇

由于開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)原邊線圈N1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到eL≈300V，交流輸入電壓經(jīng)全波整流、電容濾波后，直流輸入電壓的最大值

(6-10)所以整流二極管所承受的最高反向電壓為(6-11)續(xù)流二極管所承受的最高反向電壓為(6-12)2)開(kāi)關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇

由于開(kāi)流過(guò)整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為

ID=I2P=Io+0.5A (6-13)

得ID＝2.75A。根據(jù)以上計(jì)算選擇肖特基半橋MBR25120CT,平均整流電流為25A，反向峰值電壓為120V。開(kāi)關(guān)管選用MOSFET2SK793，漏源擊穿電壓為900V，最大漏極電流為3A。流過(guò)整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為

設(shè)計(jì)題2輸入電壓：AC85～265V，50Hz；圖6-8120W/24V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖設(shè)計(jì)題2輸入電壓：AC85～265V，501)器件的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP系列的TOP248Y作為開(kāi)關(guān)器件。由于TOP248Y工作在輸出功率的上限，電流設(shè)定在最大值，因此將TOP248Y的X端直接與源極相連。而過(guò)壓值設(shè)定在DC450V，若輸入電壓超過(guò)此值，則TOP248Y將自行關(guān)斷，直到輸入電壓恢復(fù)正常值時(shí)，TOP248Y自行恢復(fù)啟動(dòng)。頻率選擇端F也與源極直接相連，此時(shí)開(kāi)關(guān)工作頻率設(shè)定在130kHz。1)器件的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP系列的TOP2)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

脈沖變壓器的初級(jí)電感Lm中的電流與電壓的關(guān)系為(6-14)式中,ULm為初級(jí)電感兩端的電壓；τ為開(kāi)關(guān)脈沖寬度。脈沖變壓器的初級(jí)電感值在300～3000μH之間，輸出功率大的情況應(yīng)取下限，反之則取上限。變壓器初級(jí)電感值不能太小，否則會(huì)造成TOP248Y中的功率MOSFET的漏極電流太大，使開(kāi)關(guān)損耗增加，同時(shí)易造成過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，使電源難以啟動(dòng)。同樣，初級(jí)電感值也不能太大，否則不能滿足輸出功率的要求。2)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

脈沖變壓器的初級(jí)電感Lm3)電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)

次級(jí)電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流管和濾波電容。整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行，其最大值