7路输出单端反激式开关电源设计毕业论文

7路输出单端反激式开关电源设计毕业论文内容摘要：

出电压的表达式为 TLRTUU Lonino 12 （ 27） 由式（ 27）可知，在断续模式下，输出电压与输入电压和导通时间成正比，与负载电阻的平方根成正比。 因此，断续模式下负载不能开路。 [4]第三章 系统设计 9 第三章 系统设计 技术指标 本课题是针对现代电子设备对供电电源的需求，以 220V 市电为能源供应，经整流滤波、高频变压器、再经过输出整流滤波，得到电子设备所需的  5V、 12V、 +24V 等电压。 本课题设计的电源主电路拓扑采用单端反激式变换器结构，采用 UC3844 作为 PWM 主控 IC，以实现电压和电流的双闭环控制，从而提高负载调整率，电压 调整率，以达到电子设备对电源电压稳定性的要求，本电源开关频率设定在 50kHz，同时输出 7 路相互隔离的电压。 技术指标如下： 1．输入： AC185~250V， 50/60Hz 2．输出：  5V/（ 4 路），  12V/1A， +24V/1A 3．开关频率： 50kHz 4．效率：大于 80% 5．输出文波：最大 100mV（峰峰值） 6．输出精度：  5V，  12V：最大  5% 24V：最大  10% 7．最大占空比： 45% 黑箱设计 1．总输出功率： outP =58W 2．估算输入功率： inP = outP = 3．直流输入电压： inlV = 2185AC = 262DC V inhV = 2250AC = 354DC V 4．平均输入电流： 第三章 系统设计 10 a．最大平均输入电流： maxinI = inlinVP = b．最小平均输入电流： mininI = inhinVP = 5．估算峰值电流： pkI = inloutVP = 6．散热：根据 MOSFET 反激式变换器经验方法： 损耗的 35%是由 MOSFET 产生的，损耗的 60%是由整流部分产生的， 5%是由其他部分产生的。 效率 80%时的损耗为。 a． MOSFET： DmosfetP = b．整流部分： VDP5 = VDP12 = VDP24 = 开关电源电路图 设计的完整开关电源电路图如下： N T C RF UG N DA C 1A C 2V S R C 1 C 2C 5C 3 C 4L 1D 1D 2D 3D 4G N D+ V oG N D 第三章 系统设计 11 + 5 VG N DG N DG N DG N DG N DG N D 5 V 5 V+ 1 2 V 1 2 V+ 2 4 V+ 5 V+ 1 2 V + 2 4 VC 6 C 7C 1 5 C 1 6C 1 7 C 1 8C 1 9 C 2 0C 2 1 C 2 2C 2 3 C 2 4C 2 5C 2 6R 1 R 2R 3R 8R 9R 1 0R 1 1 R 1 2 R 1 3D 6D 7D 8D 9D 1 0D 1 1D 1 2D 1 3T L 4 3 1P C 8 1 7T+ V oL 3L 4L 5L 6L 7L 8C 8C 9C 1 0C 1 1C 1 2R 4R 5R 6R 7D 1 4D 1 5U C 3 8 4 412345678+12VR 1 4C 2 7+ 5 VG N DC 1 3 C 1 4D 5L 2R 1 5R 1 6 图 31 本设计开关电源电路图 关键元器件的选择与设计 控制器芯片 UC3844 UC3844 PWM 控制 IC 是高性能频率固定的电流型 PWM 控制器，它为实际设计提供了一种电路简单、外围元件少、带负载能力强而又经济的解决方案。 这种控制 IC 的特点是：有一个可微调的振荡器，用来精确地控制占空比；有一第三章 系统设计 12 个经过高温补偿的基准电压；一个高增益误差放大器和一个电流感应比较器；一个适用于功率 MOSFET 的图腾柱大电流推挽输出以及过压过流保护功能。 UC3844 的内部结构及管脚功能 图 32 UC3844 的引脚图 图 33 UC3844 的内部结构 该芯片虽然只有 8 个管脚，但是却有两个闭环控制回路，一个为内部误差放大器所构成的电压闭环控制回路，它将输出电压反馈到第 2 管脚，同 基第三章 系统设计 13 准电压比较，形成误差电压。 另一个为内部电流感 应比较器所构成的电流闭环控制回路，变压器初级绕组中的电流在反馈电阻 Rs 上产生的压降，通过第 3 脚，与误差电压进行比较，调节 PWM 波的占空比。 这两个控制回路都是在固定频率下工作的。 1 脚为补偿端，该管脚为误差放大器的输出，外接 RC 网络对误差放大器的频率响应进行补偿。 2 脚为电压反馈端，取样电压加在误差放大器的反相输入端，与 的基准电压进行比较，产生误差电压。 3 脚为电流检测输入脚，外接电流检测电阻，将流过初级绕组上的电流实时反馈到控制器，当 3 脚电压等于或高于 1V 时，电流检测比较器输出高电平，复位 PWM 锁 存器，从而关闭输出脉冲，起到过流保护作用。 4 脚外接定时 RC 网络，用以确定振荡器的工作频率，其频率通过式)( kHzCRf tt 确定。 5 脚是地，是控制电路和电源的公共地。 6 脚为输出端，采用图腾柱式输出，最大峰值电流为 1A，能直接驱动功率MOSFET 的栅极。 7 脚为集成电路的正电源，其开启电压为 16V，关闭阀值为 10V。 一旦芯片开始工作，该芯片就能在 1016V 之间波动的电源供电条件下正常工作， 6V 的差值电压可有效地防止电路在给定工作电压附近振荡。 当开关电源通电瞬间，高压直流电通过一 个大阻值的电阻降压供给 UC3844，当 7 脚的电压大于 16V时，芯片立即启动，此时启动电流小于 1mA，此时无输出， 6 脚输出正脉冲，使变压器也启动工作，变压器一路输出绕组专门给 UC3844 供电，以保持芯片继续正常工作，此时的工作电流约为 15mA。 在第 7 脚设有一个 34V 的齐纳管稳压管，用于保证其内部电路绝对工作在 34V 以下，防止高压可能带来的损坏。 第三章 系统设计 14 8 脚为基准电压输出，产生精确的 +5V 基准电压，并具有一定的带载能力，带载能力可达 50mA。 通常我们通过测量该脚是否有稳定的 +5V 输出来判断该 IC是否正常工作。 UC3844 的最大的优点就是外围元件少，外电路装配简单，且成本低，适用于 20~100W 小功率开关电源的驱动电路设计。 UC3844 的特点 UC3844 具有如下特点： (1)电压调整率 (抗电压波动能力 )非常好 (2)有很好的负载调整率 (3)频响特性好，稳定幅度大 (4)过流限制特性好 (5)具有过压保护和欠压锁定功能。 (6)UC3844 控制的开关电源工作占空比 D50%[5] 线性光耦合器 PC817 光电耦合器是以光为媒介来传播电信号的器件。 通常是把发光器（发光二极管 LED）和受光器（光敏晶体管）封装在同一管壳内如图 34。 当输入端加电信号时，发光器（发光二极管）发出 强弱 光线，照射在受光器（光敏晶体管）上，受光器接受 强弱不同的 光线后导通 程度也不同 ，产生 不同强度的 电流从输出端输出，实现了 “电 光 电 ”的转换。 普通光电耦只能传输开关信号，不能传输模拟信号。 线性光电耦是一种与普通光耦不同的新型光电转换器件，它可以传输模拟电压或电流信号，输入信号的强弱不同，发光器产生相应强弱的光信号，从而使受光器的导 通程度也随光信号强弱的不同而输出的电压或电流强度也随之不同并具有线性的对应关系。 PC817 属于线性光电耦合器，可以传输模拟信号。 [7] PC817 内部结构如图 34 所示： 第三章 系统设计 15 图 34 PC817 内部框图 图 35 为 PC817 集电极发射极电压 V 与发光二极管正向电流 fI 的关系： 图 35 PC817 集电极发射极电压 V 与发光二极管正向电流 fI 关系 可调精密并联稳压器 TL431 本课题所设计的基准电压和反馈电路采用三端稳压器 TL431 构成。 在反馈电路中用 TL431 与输出采样电压进行比较，再通过光电耦合器 PC817 把电压反馈到 UC3844 的电压反馈端。 TL431 是 ～ 36V 可调式精密并联稳压器。 其价格低廉，可广泛应用于精密线性稳压电源和单片精密开关电源中。 它可以输出 ~36V 连续可调电压，第三章 系统设计 16 工作电流范围宽达 ～ 100mA，动态电阻典型值为 欧，输出杂波低。 TL431的电路图形符号和基本接线如图 36 所示。 图 36 TL431 的电气符号图和等效电路图 图中， A 为阳极，需接地使用； K 为阴极，需经限流电阻接正电源； refU 是输出电压 oU 的设定端，根据 refo URRU )/1( 21 ，外接电阻分压器选择不同的1R 和 2R 的值可以得到从 ~36V 范围内连续输出电压。 需要注意的是，在选择电阻时必须保证阴极电流要大于 1mA，以保证 TL431 正常工作。 [6] 高频变压器的设计 高频变压器作用 高频变压器是开关电源的重要组成部件，它不仅是能量转换和传输的主 要器件，而且能够实现输入与输出的电器隔离。 其性能的好坏不仅影响变压器本身的效率和发热量，而且还会对开关电源的整体性能和可靠性产生极大的影响。 因此，全面分析设计变压器的材料、损耗、磁通密度、制造工艺就显得尤为重要。 当控制 IC 输出一个导通脉冲到 MOSFET 的栅极时， MOSFET 饱和导通，变压器初级绕组中电流逐渐增加，而此时初级绕组产生的感应电压使输出回路的整流二极管截止，次级绕组中无电流，能量以磁能的形式存储在初级绕组中。 当截止脉冲到来时，根据楞次定律，次级产生与之前方向相反的感应电压，使整流二极管立即导通， 次级线圈产生的感应电压向输出滤波电容充电，即把能第三章 系统设计 17 量从初级绕组传递到次级的输出电容中，并给负载供电。 变压器周而复始的经历上述能量的存储转换过程，从而实现了能量的传输。 高频变压器的设计 选择变压器的磁芯及材料 用于开关电源的高频变压器磁芯都是铁磁合金，实际应用的磁芯材料有铁氧体、超微晶合金等。 选择磁芯时最重要的考虑因素是在工作频率点处的损耗和磁密，因此正确的选择高频变压器磁芯，对变压器性能发挥至关重要。 考虑到价格的因素，本设计选用国产 NCDLPZ 材料的铁氧体磁芯。 确定磁芯规格可以根据制 造厂提供的图表，按输出功率来选择磁芯，例如下表： 输出功率 /W MPP 环形磁芯直径 /（ in/mm) EE、 EL 等磁芯 (每边 )/(in/mm) 5 (16) (11) 25 (20) (30) 50 (30) (35) 100 (38) (47) 250 (51) (60) 表 31 输出功率与大致的磁芯尺寸的关系 58W 可选用每边约 35mm 的 EE35/35/10 材料为 PC30 磁芯，磁芯有效截面积 eA =100 2mm ， cwA =188 2mm ， 磁芯重量 W=。 [9][10][11] 临界电感 第三章 系统设。