《开关电源课设论》word版

XX大学课程设计任务书专业班级学生姓名课程名称开关电源技术设计名称设计周数2指导教师设计任务主要设计参数1、交流输入电压AC95270V；2、直流输出电压15V；3、输出电流6A；4、输出纹波电压0.2V；5、输入电压在95270V之间变化时，输出电压误差0.03V；设计内容设计要求开关电源主电路的设计和参数选择IGBT电流、电压额定的选择开关电源驱动电路的设计开关变压器设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图电路仿真分析和仿真结果主要参考资 料1. 杨旭 等，开关电源技术，机械工业出版社2004年3月张占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计，电子工业出版社，1998学生提交归档文件课程设计说明书一份注： 可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名： 日期：摘要随着电子科技的不断发展，越来越多的电气设备走进了千家万户。在电源驱动方面，开关电源因其高效率、小体积、高可靠性等一系列优点而得到了人们的青睐。开关电源推动了高新技术的小型化，轻便化，在很多领域有着深远的意义，也其应用到越来越广泛的领域。本论文设计的开关电源是采用UC3842作为集成控制器的典型反激型电路。首先设计出主电路原理图，再根据任务书的参数计算选择合适的配件，比如变压器的选择，二极管以及电容的选择等等，然后在OrCAD里绘制设计好的电路图进行仿真，并对比仿真结果与要求进行参数调整，从而实现要求。当然整个过程必须建立在安全可靠的前提下，因此安全保障十分关键，必须给电路设计出安全电路保证其安全可靠地运行。最后完成整个电路的设计。为了实现电压稳定输出，同时考虑到各地区电压的不同，电路中整合了很多模块，如EMI滤波器、输入整流滤波电路、输出整流滤波电路、反馈回路、RCD缓冲电路等。这样不仅提高了电路的精度和效率，同时也使得电路稳定性和安全性得到提高。该电路具有宽电压输入的优点。通过不断地改进与完善，最终结果满足任务书要求，效果比较理想。关键字：UC3842、反激型电路、OrCAD 目录一、主电路的选择及参数计算································1 1.1 主电路的选型·······································1 1.2 EMI滤波器的设计 ·································· 2 1.3 整流滤波电路的设计·································3二、反激式变压器设计······································6三、 电力MOSFET的选择···································11四、控制电路的设计········································12 4.1 UC3842内部结构及工作原理···························12 4.2时钟电路的设计······································12 4.3电压反馈电路的设计··································134.4电流反馈电路的设计··································13五、总电路图··············································15六、 电路仿真分析··········································17 心得体会··············································20 参考文献··············································21一、主电路的选择及参数计算开关稳压电源基本原理框图如下： EMI滤 波 电 路整流 滤波 电路 辅助 电路反馈 电路高 频 变 换 器输 出整 流滤 波控 制 电 路LN+4-16GND 1.1 主电路的选型开关电源的电路拓扑结构众多，其中适合小功率电源使用的有正激型、反激型和半桥型，适合大功率电源的有正激型、半桥型和全桥型。一般来说，小功率电源（1100W）宜采用电路简单、成本低的反激型电路；电源功率在100W以上且工作环境干扰很大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁时，则应采用正激型电路；对于功率大于500W，工作条件较好的电源，则采用半桥型或全桥型电路较为合理；如果对成本要求比较严，可以采用半桥型电路；如果功率很大，则应采用全桥型电路；推挽型电路通常用于输入电压很低、功率较大的场合。由于设计要求直流输出电压为15V，输出电流为6A，输出功率小于100W，所以使用反激型电路。反激（Flyback）型电路的结构如下图所示。反激式电路工作有两种模式，电流断续和电流连续。反激式电路工作于电路连续状态时，其变压器磁芯利用率会显著下降，因此实际中避免电流连续模式。这里对工作断续进行原理介绍。S导通时，原边绕组电流线性增长，二极管VD处于截止状态，变压器储能增加；S关断时，原边电流迅速降为零，副边电流在反激作用下迅速增大到最大值，然后开始线性减小，直到变压器中的磁场能量释放完毕，副边绕组电流下降到零，二极管VD关断；VD关断后，原副边绕组电流均为零，电容C向负载提供能量，直到S再次导通。1.2 EMI滤波器设计电源线是干扰传入设备和传出设备的主要途径，通过电源线，电网的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作，同样设备产生的干扰也可能通过电源线传到电网上，干扰其他设备的正常工作。必须在设备的电源进线出加入EMI滤波器。标准的EMI滤波器通常是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。几乎所有设备的传导干扰都包含共模噪音和差模噪音，开关电源也不例外。共模干扰是由于载流导体与大地之间的电位差产生的，其特点是两条线上的杂讯电压是同电位同向的；而差模干扰则是由于载流导体之间的电位差产生的，其特点是两条线上的杂讯电压是同电位反向的。通常，线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的。由于线路阻抗的不平衡，两种分量在传输中会互相转变，情况十分复杂。典型的EMI滤波器包含了共模杂讯和差模杂讯两部分的抑制电路，如图3所示：差模抑制电容C1，C2：差模抑制电感L1，L2：共模抑制电容C3，C4：共模抑制电感L3 ：共模抑制电感亦称共模扼流圈，包含一对配对的耦合电感，当出现共模干扰时，由于两个线圈磁通方向相同，经过耦合作用后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过。设计时首先必须考虑共模滤波电路和差模滤波电路的谐振频率要明显低于开关电源的工作频率，一般要低于10KHz。开关电源所产生的杂讯以共模干扰为主，在设计滤波电路时可尝试去掉差模电感。共模电感L两个电感绕组因绕制工艺的不同而存在电感差值，共模电感的差值电感与电容C1及C2构成了一个型差模滤波器。去掉差模电感的滤波器如下图所示：共模滤波电感计算式中，取截止频率，选定共模扼流圈配套电容C=C3=C4=0.1,代入上式有L1=15.9mH。C1C2C3C4L1电容/电感量0.10.10.10.115.9mH耐压值630V630V630V630V630V型号MKT1822MKT1822MKT1822MKT1822色环电感1.3 整流滤波电路的设计（1）输入整流滤波电路在输入整流滤波环节采取的是单相整流滤波电路，本电路常用于小功率的单相交流输入的场合。目前大量普及的微机、电视机等家电产品中所采用的开关电源中，其整流电路就是如下图所示的单相不可控整流电路。电容滤波的单相不可控整流电路，在空载时，R=，放电时间常数为无穷大，输出的电压最大，。在此后的电路中涉及到选器件型号，故此处电压取最大值。整流二极管的选取，主要考虑其反向击穿电压和所通过的电流额定值，确定方式如下：反向击穿电压V留有一定裕量，整流二极管选型为MDA202，耐压值为710V。滤波电容C选电解电容，电容值为250。（2）输出整流滤波电路开关电源中对直流输入进行高频的斩波，然后通过高频变压器进行能量的储存和传输，在这个过程中，必然会有高频的噪声干扰。此外，功率开关管在开关的过程中也会引起高频噪声。对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用型滤波的方式。电路图如下图所示 其中C1、C2均为电解电容，C1=，C2=10pF，。整流二极管应选择快速恢复的肖特基二极管，基于其低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。二极管的反向耐压按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定。，选择二极管型号为MBR1635，其反向耐压30V，正向平均电流，满足要求。二、反激式变压器的设计变压器参数的设计对电源装置的性能有至关重要的作用，变压器设计不合理，电路很难正常工作，其设计要求有：（1）一、二次绕组电压的变比应满足要求值，当输入电压降至规范允许的最低电压时，输出电压仍能满足规定的额定值；（2）当输入电压及占空比最大时，变压器磁芯不允许出现饱和；（3）当输出功率最大时，变压器温升应在规范要求之内；（4）变压器总损耗尽量低，有较高效率；（5）一、二次侧漏感、分布电容应限制在最小值。设计步骤：1.计算原边绕组的峰值电流每一工作周期能量乘上工作频率为输出的功率 （1.1）设电路工作在电流不连续（DCM）模式，在时间内电流由0增长至 原边绕组的峰值电流最大值出现在占空比最大的时候 所以有 （1.2）式（1.1）、（1.2）之比为 整理得 （1.3）为求得，应以最小值代入得 式中的20V为直流纹波及二极管压降之和。设反激式变压器的最大占空比=0.45，代入式（1.3）得 2.计算原边绕组电感值由式（1.2）得 代入数据，得。3.求最小占空比当输入电压最大时，有最小占空比。输入电压由最大