单击此处编辑母版标题样式,第6章 开关电源设计,2.电路结构的选择,小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，使电源结构简单，工作可靠，成本低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关电流小，输出纹波小，更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关电源的主电路如图6-1所示。,2.电路结构的选择 小功率开关电源可以采用单,图6-1 单端正激式开关电源的主电路,图6-1 单端正激式开关电源的主电路,单端正激式开关电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。在图6-1中，开关管VT导通时V,1,导通，副边线圈,N,2,向负载供电，V,4,截止，反馈电线圈,N,3,的电流为零；VT关断时V,1,截止，V,4,导通，,N,3,经电容,C,1,滤波后向UC3842脚供电，同时原边线圈,N,1,上产生的感应电动势使V,3,导通并加在,RC,吸收回路。由于变压器中的磁场能量可通过,N,3,泄放，而不像一般的,RC,D磁通复位电路消耗在电阻上，因此可达到减少发热，提高效率的目的。,单端正激式开关电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量,3.元件设计,1)变压器和输出电感的设计 依据UC3842应用方式，选定定时电阻,R,T,1.8 k，定时电容,C,T,10 F。确定开关频率,f,85 kHz，周期,T,11.8 s。设计单端控制开关电源时，一般占空比,D,最大不超过0.5，这里选择,D,0.5，则,T,ON,=,T,D,=5.9 s (6-1),3.元件设计1)变压器和输出电感的设计,根据电源规格、输出功率、开关频率选择PQ26/25磁芯，磁芯截面积,S,1.13 cm,2,，磁路有效长度,l,6.4 cm，饱和磁通密度,B,S,0.4 T。取变压器最大工作磁感应强度,B,max,B,S,/30.133 T，则电感系数,A,为,(6-2),变压器原边线圈匝数,N,1,为,(6-3),式中，,U,i,为最小直流输入电压。,根据电源规格、输出功率、开关频率选择PQ26/25磁,交流输入电压的最小值约为90 V,U,i,90127 V，得出,N,1,49.9匝，取50匝。原边线圈电感,L,AN,1,2,11.1 mH。副边线圈匝数为,(6-4),式中，,U,DF,为整流二极管V,1,上的压降；,U,L,为输出电感,L,上的压降。,取,U,DF,+,U,L,0.7 V，代入式(6-4)，得,N,2,10匝。副边线圈电感为,L,2,=,N,2,2,A,L,=444 H (6-5),交流输入电压的最小值约为90 V,Ui9012,开关管断开时，,N,1,两端将会产生感应电动势，为了保证开关管正常工作，将感应电动势限制到,e,=300 V。反馈电线圈向UC3842提供,U,12 V的工作电压，按电容,C,1,上的电压,U,C,16 V计算，以保证有足够的供电电压给UC3842。由,N,3,(,U,C,/,e,),N,1,可得,N,3,2.67匝，取3匝。变压器副边电流为矩形波，其有效值为,(6-6),导线电流密度取4 A/mm,2,，所需绕组导线截面积为1.77/40.44 mm,2,。同样可选择原边绕组导线，原边电流有效值为,(6-7),开关管断开时，N1两端将会产生感应电动势，为了保证开关管,所需绕组导线截面积为0.354/40.0885 mm,2,，选用截面积为0.096 21 mm,2,的导线(,f,0.41 mm)。取输出电感的电流变化量,I,L,0.2,I,o,0.5 A，则输出电感为,(6-8),式中,U,2,为副边线圈最小电压。,计算得,(6-9),所需绕组导线截面积为0.354/40.0885 mm2，选,取,U,DF,0.5 V，,U,o,3 V，代入式(6-8)可得,L,140 H。根据输出电感上的电流,I,L,I,o,，所需绕组导线截面积应为2.5/40.625 mm,2,，故选择截面积为0.6362 mm,2,导线(,f,0.96 mm)。,取UDF0.5 V，Uo3 V，代入式(6-8)可得,2)开关管、整流二极管和续流二极管的选择由于开关管断开时原边线圈,N,1,两端的感应电动势限制到,e,L,300 V，交流输入电压经全波整流、电容滤波后，直流输入电压的最大值,(6-10),所以整流二极管所承受的最高反向电压为,(6-11),续流二极管所承受的最高反向电压为,(6-12),2)开关管、整流二极管和续流二极管的选择由于开,流过整流二极管和续流二极管的最大电流为,I,D,=,I,2P,=,I,o,+0.5 A(6-13)得,I,D,2.75 A。根据以上计算选择肖特基半桥MBR25120CT,平均整流电流为25 A，反向峰值电压为120 V。开关管选用MOSFET 2SK793，漏源击穿电压为900 V，最大漏极电流为3 A。,流过整流二极管和续流二极管的最大电流为,设计题2 输入电压：AC 85265 V，50 Hz；,图6-8 120 W/24 V开关稳压电源原理图,设计题2 输入电压：AC 85265 V，50,1)器件的选择根据设计要求选择TOP系列的TOP248Y作为开关器件。由于TOP248Y工作在输出功率的上限，电流设定在最大值，因此将TOP248Y的X端直接与源极相连。而过压值设定在DC 450 V，若输入电压超过此值，则TOP248Y 将自行关断，直到输入电压恢复正常值时，TOP248Y自行恢复启动。频率选择端F也与源极直接相连，此时开关工作频率设定在130 kHz。,1)器件的选择根据设计要求选择TOP系列的TOP,2)脉冲变压器的设计要求脉冲变压器的初级电感,L,m,中的电流与电压的关系为,(6-14),式中,U,Lm,为初级电感两端的电压；,为开关脉冲宽度。,脉冲变压器的初级电感值在3003000 H之间，输出功率大的情况应取下限，反之则取上限。变压器初级电感值不能太小，否则会造成TOP248Y中的功率MOSFET的漏极电流太大，使开关损耗增加，同时易造成过流保护动作，使电源难以启动。同样，初级电感值也不能太大，否则不能满,足输出功率的要求。,2)脉冲变压器的设计要求脉冲变压器的初级电感Lm,3)电源次级电路的设计次级电路设计主要是选择整流管和滤波电容。整流管的选择应根据输出电流和电压进行，其最大值的选择为,I,RLC,2,I,o,=25=10 A(6-15),(6-16),(6-17),式中,U,o,为输出电压；,I,o,为输出电流；,U,imax,为最大直流输入电压；,D,min,为开关的最小占空比；,n,为脉冲变压器的变比。,3)电源次级电路的设计次级电路设计主要是选择整流,将,U,imax,375 V，,U,o,24 V，,D,min,代入式(6-17)，得到脉冲变压器的变比为,n,4。此时脉冲变压器的初级励磁电流为,(6-18),此值远小于TOP248Y的漏极电流7.2 A。,电源次级整流管在输出电压较低的情况下，采用肖特基二极管以减小二极管的损耗。当输出电压较高时，则需要采用快恢复二极管；当开关频率较高时，应采用超快恢复二极管作整流管，以减小其反向电流对初级的影响。滤波电容,C,7,的容量应满足输出电压纹波的要求，,L,1,及,C,9,应能有效地滤除开关过程所产生的高频噪声干扰。,将Uimax375 V，Uo24 V，Dmin代入式,精品课件,！,精品课件！,精品课件,！,精品课件！,4)反馈电路的设计图6-8所示电路的反馈电路采用光电耦合器和可调式三端稳压器VS,2,以及,R,10,、,R,11,、,R,6,组成的输出电压调整电路，,R,5,为光电耦合器的限流电阻。在启动瞬间，检测光电耦合器输出电流，从而改变IC,1,控制端的电流，实现预调整，以确保电源在低电网电压和满载启动时达到规定的调整值。,C,11,和,R,4,、,C,4,组成环路补偿电路。,4)反馈电路的设计图6-8所示电路的反馈电路采用,