单端隔离型高频开关电源实验

1、实验一 单端隔离型高频开关电源实验一、 实验目的1. 了解单端反激式开关电源的主电路结构、工作原理；2. 掌握单端反激式变压器设计和绕制方法；3. 学会开关电源调试的基本方法。二、 实验原理单端反激式隔离变换器电路拓扑单端反激式隔离变换器图所示。当VT导通时，输入电压Ui便加到变压器T的初级绕组N1上，根据变压器T对应端的极性，次级绕组N2为下正上负，二极管VD截止，次级绕组N2中没有电流流过。当VT截止时，N2绕组电压极性变为上正下负，二极管VD导通，此时，VT导通期间储存在变压器（电感）中的能量使通过二极管VD向负载释放。本次实验输入为工频交流220V，经过工频隔离变压器将电压降到交流35V，再经过二极管整流和大电解电容滤波变成约48V的直流电压。采用UC3842作为PWM控制芯片，驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用15V和+15V三路输出，其中+15V输出作为反馈端，实现电压稳压输出。单端隔离型高频开关电源电路框图技术指标：输入：交流 220V15% 输出：+15V/0.2A，15V /0.3A（实验者可调整） MOSFET 开关频率：100kHz（实验者可

2、调整） 实验者可观测的数据和波形： 交流输入电压波形、二极管整流后电压波形、电容滤波后电压波形、MOSFET 的漏源极电压波形、输出电压波形、UC3842 的锯齿波振荡器波形、UC3842 的输出驱动波形。 实验者可调整的参数：可改变反馈电压分压比进而改变输出电压数值；可改变 RCD 吸收电路参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变功率 MOSFET 的驱动电阻数 值参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变 UC3842 的锯齿波振荡器电阻值，观测 UC3842 的输出驱动波形频率的变化情况。三、 实验电路原理1.PWM控制芯片UC3842简介UC3842是一种单端输出控制电路芯片，其内部结构框图如图所示。 UC3842 内部结构框图该芯片电源电压范围 30V，输出电流峰值1A，输出电流（连续）200mA，模拟输入（2脚、3脚）从0到2.6V，误差放大器下拉电流5mA，振荡频率范围100Hz 500Hz，振荡器定时电阻(RT)500RT150k，振荡器电容(CT)1000pFCT1F。 UC3842的管脚功能如下：1脚：输出补偿端。该管脚为误差放大器输出

3、，并可用于环路补偿。 2脚：电压反馈端。该管脚为误差放大器的反相输入端，通常通过一个分压器连接至开关电源的输出，构成电压闭环。 3脚：电流取样端。一个正比于所控电流的电压接至该引脚，利用电流测定、电 流测定比较器构成电流闭环。当该引脚电压1.0V时，PWM控制芯片封锁输出脉冲。 4脚：RT/CT端。用于外接振荡电阻和电容，将电阻RT跨接在4脚与8脚（Vref）两端，电容CT接在4脚与电源地之间。 5脚：接地端。是控制电路与电源的公共地。 6脚：脉冲输出端。该输出可直接驱动功率 MOSFET，具有1A的驱动（拉、灌）能力。 7脚：电源供电端。启动门限电压为16V，最低工作电压为10V。 8脚：基准电压输出端。该引脚输出5V基准电压，具有50mA的带载能力，该电源通过RT向CT提供充电电流。 UC3842及外围电路原理图整流后的直流电压经 R1分压后向C9充电，当C9电压16V时，达到UC38427 脚的启动电压门槛值，芯片开始工作：4 脚输出锯齿波，其频率可通过电位器RP1调节；6脚输出方波驱动功率MOSFET工作，以控制变压器的原边通电。当输出高电平时，MOSFET开通。 2.整流输出

4、电路 变压器副边输出电路原理图变压器副边采用+15V和15V三路输出，选择+15V输出1（X2）作为反馈端，15V 输出2（X3）是变压器另两个绕组T2-4、T2-2的输出电压，经过7815和 7915稳压输出。变压器开始向负载传递能量时，+15V输出1作为反馈端开始工作：反馈电压向 C9充电将UC3842的7脚电压钳制住保持不变；反馈电压经R3和电位器RP7分压后输入UC3842的2脚的误差放大器，与芯片内部 2.5V 基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度，从而改变输出电压以实现反馈绕组电压稳压输出，由此可知调节图中的电位器RP7可以改变反馈输出端的输出电压。3.电压尖峰抑制电路 图 4 DS 波形尖峰抑制电路图 4所示是驱动电阻和RCD缓冲电路部分，此部分设计用来抑制MOSFET漏DS 波形尖峰抑制电路上图所示是驱动电阻和RCD缓冲电路部分，此部分设计用来抑制MOSFET漏源极电压波形尖峰即DS波形尖峰。通过 J1可改变驱动电阻数值，通过J2J4的组合可改变RCD的R、C参数。四、 实验内容与分析1. 输入波形观测确保变压器接入电路板。输入波形观测：输入端X1由220V交流电经隔离变压

5、器降压至35V交流电输入，保证输入端X1电源正确接入前提下，示波器接J11的AC观测口，观察输入交流电压波形和电压值。2. 芯片UC3842的调试用示波器探头接J16和GND（左侧DC-观测口）和CT，观察J16的CT脚锯齿波输出，如下图所示。此锯齿波的频率是可调的，调节“频率调节”处的电位器RP1，在示波器上观察锯齿波频率的变化。随着锯齿波频率的改变，J16的OUT脚输出的驱动方波频率也会随之改变，在后面的测试里可以观察。3. 选择输出负载J5、J6 端接上短路块表示反馈绕组端接上负 载；J7，J8 端接上短路块表示变压器副边另两个绕组T2-4、T2-2端输出接上负载。根据变压器副边输出电路原理图选择负载，需要将J5、J6、J7和J8端都接上短路块。4. 看驱动波形用示波器探头接J16的GND（左侧DC-观测口）和OUT，观察J16的OUT脚波形输出，如图所示。此波形对应芯片UC3842的6脚输出波形，用来驱动MOS管工作。反馈输出端电压调节：用万用表测X2的1和3端口（或J21两脚），测量反馈绕组输出1端X2的电压值。在“反馈电压调节”处调节电位器 RP7，观察所测电压值的变化，本

6、实验中要求此电压值为15V。5. 进行测试先用示波器分别记录J1接短路块和J1不接短路块的VDS波形。然后，J1不接短路块的情况下，按J4、J3、J2顺序逐次将短路块插针，分别记录VDS波形，观察其波形和峰值； J1不接短路块：J1断开的话，驱动电阻只有R11。这时驱动电压经过电阻时损失就多，可能驱动MOSFET时，对于管子的刺激就相对较小，这就使得此时的关断峰值相对而言比较小，在210mV。 J1接短路块：J1接上的话，驱动电阻有R11和R12，驱动电阻减半。此时，驱动电阻小，到达Mos管的控制端时电压还有很是很大，这时，对于管子的导通刺激比较大，然后就导致峰值Vpp比驱动电阻大时的Vpp大，在260mV。 J1不接短路块的情况下，J4短路：J1断开，只有驱动电阻R11，在保证可开通的mos管的情况下，已经抑制了一部分尖峰效应。这时，如果J4短路的话，就将RC电路并接到V1两端，此时RC为R8和C17。我们知道RC电路有滤波作用，只要设计合理，就可以滤除我们不希望看到的频率的波形。此电路应该设计一个低通滤波器，滤除高频尖峰的波。而且，电容也有稳压作用。如上图证明，相较于没有RC电路来

7、说，Vpp下降了一些，达到了128mV。 J1不接短路块的情况下，J4，J3短路：J3短接时，C17和C18并联，电容加倍，这时RC为R8和C17与C18的并联。电容加倍，RC增加，时间常数变大，滤波器变窄。抑制尖峰的效果相对变得更好一点。 J1不接短路块的情况下，J4，J3，J2短路：J2短路R8和R9并联，电阻减半。这时RC为R8与R9的并联和C18与C18的并联。此时，抑制尖峰的效果与前两次没有太大区别。五、 实验思考整流后的直流电压经R1分压后向C9充电，当C9电压16V时，达到UC38427 脚的启动电压门槛值，芯片开始工作：4脚输出锯齿波，其频率可通过电位器RP1调节；6脚输出方波驱动功率MOSFET工作，以控制变压器的原边通电。当输出高电平时，MOSFET开通。进行试验时用1用6脚输出方波驱动MOSFET 。通过J1调节驱动电阻大小，通过J2J4来调节RC参数大小。我们观察到的尖峰存在与管子导通到变到关断的起始部分，也就是驱动电压由高向低跳变。以上这两种方法均能抑制尖峰的作用，对电路的稳定和安全有非常大的帮助。但总体来说，RCD电路的效果更加明显。经查阅资料可知，尖峰电压

8、产生原因：在电路中通电的情况下，电路产生的磁通往往不能完全传递给副边，因此会产生一部分漏感，它的能量不能通过变压器的副边在负载中释放，只能通过开关管来消耗这部分能量。解决的办法可以用驱动电阻来帮助能量释放，也可以用RCD吸收电路，RCD吸收电路它由电阻Rs、电容Cs和二极管VDs构成。电阻Rs也可以与二极管VDs并联连接。RCD吸收电路对过电压的抑制要好于RC吸收电路，与RC电路相比Vce升高的幅度更小。由于可以取大阻值的吸收电阻，在一定程度上降低了损耗。当开关断开时，蓄积在寄生电感中能量通过开关的寄生电容充电，开关电压上升。其电压上升到吸收电容的电压时，吸收二极管导通，开关电压被吸收二极管所嵌位，约为1V左右。寄生电感中蓄积的能量也对吸收电容充电。开关接通期间，吸收电容通过电阻放电。实验二 隔离型桥式DCDC变换器实验一、 实验目的1. 了解隔离型桥式DC-DC 变换器的拓扑结构及其工作原理；2. 掌握隔离型桥式DC-DC变换器的变压器与电感器的设计，练习带中间抽头的变压器绕制方法。3. 学会开关电源调试的基本方法。二、 实验原理以DC24V作为输入，采用2个功率MOSFET组成半桥

9、，采用SG3525作为PWM控制芯片，SG3525两路输出通过IR2110驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用全波整流，额定输出为+48V。输出电压经霍尔传感器隔离采样作为SG3525的反馈，实现电压稳压输出。隔离型桥式DC/DC 实验电路框图隔离型桥式DC/DC 实验电路主回路拓扑技术指标：输入：直流24V6V输出：+48V/0.5A（实验者可调整） MOSFET 开关频率：40kHz（实验者可调整） 实验者可观测的数据和波形： MOSFET 的漏源极电压波形、输出电压波形、SG3525 的锯齿波振荡器波形、SG3525的输出驱动波形、功率 MOSFET 的驱动波形。实验者可调整的参数：可改变SG3525的锯齿波振荡器电阻数值，观测SG3525的输出驱动波形频率的变化情况。可改变输出电压反馈电路中的电阻值，调节SG3525给定电压，观察输出电压的变化情况。三、 实验电路原理SG3525 的外围电路上图为SG3525的外围电路结构。SG3525采用15V供电，SG3525 的8脚外接电容C22为软起电路，上电时SG3525内置电流源给C22充电，直到UC22升高到某一值后，SG3525才允许PWM控制。SG3525的5、6、7脚所接CT、RT、RD用来产生锯齿波，锯齿波频率由f=1/(0.7RT+3RD)CT决定，同时7脚外接的RD用来调节死区时间。SG3525的2脚为其内置误差比较器的同相输入端，通过调节电位器RP2可以改变2脚的电压，改变给定电压，进而改变变换器输出电压数值。SG3525的1脚为误差比较器反相输入端，其电压数值反映变换器输出电压的 数值，1脚与2脚的电压比较，从而进行PWM控制。SG3525的11、1

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