正激式开关稳压电源设计

正激式开关稳压电源设计内容摘要：

关 开关占空 比控制电路 比 较 电 路 整流滤波电路 取样电路 交流输入 VS VO39。 VO R1 R2 VE VC VREF 张志生：正激式开关稳压电源设计 第 4 页 共 23 页 电路平滑后，输出直流电 VO（图 （ c））。 显然，输出直流 VO 的大小取决于脉冲状态交流电 VO39。 的有效值大小（成正比），而VO39。 的有效值又与开关的导通占空比 D=TON/T（其中 T=TON+TOFF）成正比。 此外，通过取样比较电路中的取样电阻 R1 和 R2 对输出电压 VO 取样，并使之与基准电压 VREF 进行比较，若取样电压高于 VREF，则比较电路输出 VE 减小，取样电压控制占空比控制电路，使 TON/T 下降，从而使 VO 下降；若取样电压低于 VREF，则比较电路输出 VE 增加，使TON/T 增加，从而使 VO 增加，这样就可以使开关电源的输出电压 VO 稳定在一个恒定值上。 图 开关电源工作波形 Forward 正激式变换电路 单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，可用于高电压的场合。 高频变压器的引入，极大地增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能。 单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。 正激式直流变换器变压器铁芯的磁复位有多种方法，在输入端接入复位绕组是最基本的方法 ，复位绕组也可以接 至 输出端，其次还有 RCD 复位， LCD 复位和有源箝位等磁复位方法，这里应用具有复位绕组的 Forward 变换器。 主电路拓扑和控制方式 Forward 变换器实际上是在降压式 BUCK 变换器中插入隔离变压器而成，图 给出了 Forward 变换器的主电路及其波形。 开关管 Q 按 PWM 方式工作， D1 是输出整流2020 级电子信息工程专业毕业论文 第 5 页 共 23 页 二极管， D2 是续流二极管， Lf 是输出滤波电感， Cf 是输出滤波电容。 变压器有三个绕组，原边绕组 W1，副边绕组 W2，复位绕组 W3，图中绕组符号标有 “”号的一端表示该绕组的正端。 D3 是与复 位绕组 W3 串联的二极管。 图 Forward 变换器的主电路及其主要波形 张志生：正激式开关稳压电源设计 第 6 页 共 23 页 电流连续时 Forward 变换器的工作原理 图 给出了变换器在不同工作模式下的等效电路图。 其工作原理可分为三种模式： ① 工作模式 1[0， TON] 如图 （ a）所示，图中加粗部分是电流流通部分，未加粗部分为断开部分。 在 t=0时，开关管 Q 导通，电源电压 VIN 加在原边绕组 W1 上，即 Vw1=Vin,故铁芯磁 化，铁芯磁通  增长： inVdtdW 1 （ 21） 在此工作模式中，铁芯磁通  的增长量为：   syin TDWV 1  （ 22）变压器的励磁电流 iM 从 0 开始线性增加： tLVi MinM （ 23） 式中， ML 是原边绕组的励磁电感。 那么副边绕组 2W 上的电压为： 12122 KVVWWV ininW  （ 24） 式中， K12=W1/W2 是原边与副边绕组的匝比。 此时，整流二极管 D1 导通，续流二极管 D2 截止，滤波电感电流 iLf 线性增加，这与 Buck 变换器中 Q 导通时一样，只是电压为 Vin/K12。 foinLVKVdtdiLf  12 （ 25） （ a） Q 导通 2020 级电子信息工程专业毕业论文 第 7 页 共 23 页 （ b） Q 关断 （ c） Q 关断，磁复位完成 图 不同开关模式下的等效电路 根据变压器工作原理，原边电流 iW1 为折算到原边的副边电流和励磁电流之和，即 MLfW iKii  121 （ 26） ② 工作模式 2[Ton， Tr] 如图 （ b）所示，图中加粗部分是电流流过部分，未加粗部分是断开部分。 在Ton 时刻，关断 Q,原边绕阻与副边绕阻中没有电流流过，此时变压器通过复位绕阻进行磁复位，励磁电流 iM 从复位绕阻 W3 经过二极管 D3 回馈到输入电源中去。 那么复位绕阻上的电压为： inW VV 3 （ 27） 这样，原边绕阻和副边绕阻上的电压分 别为： inW VKV 131  （ 28） inW VKV 232  （ 29） 式中， K13=W1/W3 是原边与复位绕阻的匝比， K23=W2/W3 是副边与复位绕阻的匝比。 此时，整流管 D1 关断，滤波电感电流 iLf 通过 D2 续流，与 Buck 变换器类似。 在此工作模式中，加在 Q 上的电压 VQ 为：   inininQ VKVKVV 1313 1  （ 210） 电源电压 Vin 反向加在复位绕组 W3 上，故铁芯去磁，铁芯磁通  减小： 张志生：正激式开关稳压电源设计 第 8 页 共 23 页 inVdtdW 3 （ 211） 铁芯磁通  的减小量为：   sin TDWV   3 （ 212） 式中sonr TTTD  是变压器磁芯的去磁时间 onr TT 与 Ts 的比值， D yD1。 励磁电流 iM 从原边绕组中转移到复位绕组中，并开始线性减少。    onMinonMinMW TtL VKTLVKii 13133 （ 213） 在 Tr 时刻， iW3=iM=0，变压器完成磁复位。 ③ 工作模式 3[Tr， Ts] 如图 （ c） 所示，图中加粗部分是电流流过部分，为加粗部分为断开部分。 在此 工作模式中，所有绕组中都没有电流，它们的电压都为 0V。 滤波电感电流继续经过续流管续流。 此时开关管 Q 上的电压 VQ=Vin。 开关电源设计流程 明确所要设计电源的技术指标 选择控制芯片及开关管，并设计控制单元电路 高频变压器设计 整流滤波电路的设计 输出级和反馈电路的设计 2020 级电子信息工程专业毕业论文 第 9 页 共 23 页 论文设计电源的技术指标 基本要求： ① 输入输出 输入：市电 110V/220V（ 50Hz/60Hz）；输出： 5V/2A；  15V/ ② 工作温度 C40 ~ C150 ③ 工作频率 132KHz 张志生：正激式开关稳压电源设计 第 10 页 共 23 页 3 高频变压器的设计 正激式变压器主要 有 两个作用：第一、实现输入与输出之间的电隔离；第二、升高或降低经脉宽调制以后的交流输入电压幅值。 正激式变压器除了磁芯材料本身磁化的一小部分能量外，是不能储存能量的。 变压器 的设计过程 ① 漆包线选择：按 ，其次还要考虑高频条件下导线的集肤效应（频率越高，集肤效应越明显，用线越应该细），大电流情况下，一般采用几根导线并联已达到所需导线平方数，这里 5V 输出采用  的线双线并绕的方法，其余的均采用单线绕法。 ② 磁芯选择：磁芯种类繁多，磁芯截面积是确定线圈匝数 的重要因素，确定磁芯的 Bm值为 ， 根据需要，选取 EI28 型铁氧体磁芯，这是一种高频导磁材料，主要用于高频变压器，其磁芯截面积 Ae 为  1cm2。 ③ 线圈匝数 N=Udc*T*D /2*Bm*Ae Udc 是原边的直流电压 310V Ae 是截面积 T：周期 T=1/132KHz=， D：最大占空比 78% 输出功率： 30W， 输出电流： 2A、 ； 根据 U1:U2=N1:N2。 I2:I1=N1:N2 确定原副边匝数比，接着计算出原边电流参数值 , 原边电流参数值等于几个电流之和 ,再确定原副边各级线径（按实际开关占空比计算）。 ④ 关于磁芯复位问题：在变压器里设计与原边匝数相同的复位绕组在开关管关断时对磁芯进行复位。 变压器绕制说明及绕制原理图 说明： ① 表中胶带为 P2 聚酯胶带（ 1KV， 130 C ，阻燃型）。 ② 线包各绕组均为同向绕法，线匝数少的应居线包中间绕制。 技术要求： ① 装配完后，在磁芯周边紧裹胶带三层，用硬纸板填充磁芯与骨架的配合间隙。 ② 用 B 级绝缘漆浸渍、烘干。 2020 级电子信息工程专业毕业论文 第 11 页 共 23 页 ③ 各绕组间绝缘电阻应大于 10M ，在绕组与磁芯、骨架间施加 500V 直流电压持续一分钟，不应该出现绝缘层击穿和飞弧现象。 ④ 做介电强度试验，各绕组间分别加 2KV/50Hz 交流电压持续一分钟，不应出现绝缘层击穿和飞弧现象。 图 变压器绕制原理图及。