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1、 课程名称 开关电源技术 题目名称 单管反激变换器 学 院 物理与光电工程学院 专业班级 10电子科学与技术2班 学 号 3110008648 姓 名 王圳航 联系方式 15989045501 指导教师 潘永雄 20 13 年6月9日引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。随着电力电子技术的高速发
2、展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。推动了高新技术产品的小型化
3、、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。目录一. 设计任务和功能要求- 4 -二. 储能变压器及开关管等关键参数计算- 4 -2.1确定反射电压UOR 及钳位电压Uz(DD吸收回路)或Uclamp(RCD吸收回路)- 4 -2.2计算匝比- 5 -2.3计算最大占空比Dmax- 5 -2.4初级侧电感斜坡中心电流（初级侧等效电感平均电流）- 5 -2.5.次级侧电感斜波中心电流- 6 -2.6 计算初级侧电感Lp- 6 -2.7估算电感体积- 6 -2.8 计算匝数- 7 -2.9 计算辅助绕组（PWM控制芯片供电绕组）匝数- 7 -2.
4、10估算绕线窗口能否容纳- 7 -2.11估算磁芯气隙长度- 7 -2.12估算输入输出电容- 7 -三.主要元器件资料- 8 -3.1 UC3842 内部工作原理简介- 8 -3.2 PC817简介- 10 -3.3 TL431ILP原理简介- 12 -3.4 EE16磁芯- 14 -四反激变化器设计原理- 14 -4.2 振荡电路设计- 15 -4.3驱动电路设计- 16 -4.4启动电路设计- 17 -4.5电流反馈电路设计- 18 -五 以下为所用到的元器件清单- 18 -六设计个人总结- 19 -七实物图与PCB原理图- 20 -八参考文献- 22 -一. 设计任务和功能要求（1）
5、交流输入电压UAC 范围24 36V；（2） 变换器工作在CCM模式；（3） 输出电压为12V,输出电流为417mA，输出功率为5W；（4） 效率为85%；（5） 工作频率为150KHZ；二. 储能变压器及开关管等关键参数计算2.1确定反射电压UOR 及钳位电压Uz(DD吸收回路)或Uclamp(RCD吸收回路) 经过计算可以得到尖脉冲吸收回路消耗的功率Pz=12LlI2Uz/(Uz-Uor)f由此可见：钳位电压Uzb必须大于Uor，否则吸收回路将消耗太多的功率，影响变换器的效率，工程上Uz一般取（1.4-1.6）*Uor。显然，在开关管截止期间开关管承受的最大电压Udsmax=Uinmax+
6、(1.4-1.6)*n(Uo+Ud)Vds-30V在开关管导通期间，次级回路整流二极管D截止，起承受的最大电压Udsmax=Uinmax+Uz Vds-30V;在开关导通期间，次级回路整流二极管D截止，其承受的最大电压Udrmax=Us+Uo Vbr根据等效模型，匝比n=Uor/Uo+Ud,其中Ud为二极管正向压降。可见，当匝比n大时，整流二极管D承受的最大反向耐压Udrmax小，MOS管承受的最大电压Udsmax大；反之,当匝比n小时，整流二极管D承受的最大反向耐压Udrmax大、MOS管承受的最大电压Udsmax小。因此，应根据最大输入电压Uinmax、输出电压Uo大小大致确定匝比n的范围
7、。 本设计最大输入电压 Uinmax=2Uacmax=236=50.9V；使用100V耐压MOS管，截止期间MOS管承受的最大电压取70V（耐压留30V余量），即TVS管耐压 Uz=Vdsmax-Uinmax=70-50.9=19.1V； TVS管Uz一般取1.4-1.5倍的Uor,否则MOS管截止期间，DD吸收回路功耗可能太大，影响效率，如果耐压允许，Uz可取1.6倍Vor。 Uor=Uz/1.5=19/1.5=12.7V.2.2计算匝比 假设次级整流快恢复二极管压降Ud为0.9V，则 N=Uor/(Uo+Ud)=12.7/(12+0.9)=0.984 即整流二极管D承受最大反向电压Udma
8、x=Uinmax/n+Uo=50.9/0.984 +12=63.88V,即选择70V-100V耐压快恢复二极管即可。2.3计算最大占空比Dmax由于back-boost变换器在输入电压最小时，电感电流峰值Ilpk最大，因此必须在输入电压为最小值时，设计变换器有关参数。在二极管整流、电容滤波电路中，当滤波电容C容量适中时，最小输入电压Uinmax=21.2Uinac-2Uinac=21.224-224=24VDmax=Uor/Uor+Uinminn=n(Uo+Ud)/n(Uo+Ud)+Uinminn=0.984(12+0.9)/0.984(12+0.9)+240.85=0.3842.4初级侧电感
9、斜坡中心电流（初级侧等效电感平均电流）Ilp=Ior/(1-D)=Io/n(1-D)=0.417/0.984(1-0.384)=0.688A初级侧电感峰值电流Ilpk=Ilp(1+r/2) =0.688(1+0.5/2) =0.86A为减小变压器体积，电流纹波比r取0.5，则初级侧电感电流有效值Ilpram=Iswram=Ilp D(1+r2/12) =0.688 0.384(1+0.52/12)=0.432A在80C时，两倍趋肤深度 2=27.4/ f =27.4/ 150103=0.3842mm d =2 Ilpram/nJ=2 0.294/n3.144.5 显然，当n=1时，d=0.34
10、92。对于初级，可用单股标称直径0.35mm、外皮直径为0.34mm的漆包线绕制。 为减少导通损耗，所选MOS电流大于等于4倍Ilppk,即选用4A100V功率MOS管。2.5.次级侧电感斜波中心电流 Ils=Io/(1-D)=0.417/(1-0.384)=0.677A 次级侧电感电流有效值Ilpsk=Ils(1+r/2)=0.6877(1+0.5/2)=0.846A次级侧电感电流有效值Ilsms =Idram =Ils (1-D)(1+r2/12) =0.677 (1-0.384) (1+0.52/12) =0.537Ad=2 Ilsram/nJ= 2 0.537/n3.144.5, 当n
11、=2时，d=0.2762。对于次级，可用两股标称直径0.27mm,外皮直径为0.31mm的漆包线绕制。2.6 计算初级侧电感LpTon=D/F=0.384/0.15=2.56us而导通电压Uon=Uin-Usw=24V伏秒积 Et=UonTon=61.44us则初级电感Lp=Et/(Ilpr)=61.44/0.6880.5=178.6uh2.7估算电感体积输入功率 Pin=Po/n=5/0.85=5.89W。当磁感应强度峰值Bpk取0.3T（接近饱和值）时，频率f取KHZ、输入功率Pin单位为W时。储能变压器磁芯有效体积 Ve=0.314Ue/B2(2+r)2/rPin/f =1.712ue(
12、mm3)Ue一般取100-300之间，当Ue取200时，变压器磁芯有效体积Ve=732mm3,初步考虑用EE16磁芯（PC40材质），该磁芯体积 Ve=AeLe=19.235.0=672mm3绕线窗口有效面积Aw为39.85mm2,无气隙电感系数Al=1140uh/N2。2.8 计算匝数Np =LpIlppk/AeBpk =178.60.86/19.20.3=27.2(最小匝数)。Ns=Np/N=27.2/0.984=28,即Np=nNs=0.98428=282.9 计算辅助绕组（PWM控制芯片供电绕组）匝数设辅助绕组输出电压为16V，则辅助绕组匝数Nss=Uo+Ud1/Uo+Ud Ns =1
13、6+0.7/12+0.7 28=35。 由于辅助绕组电流输出电流小，整流二极管可使用1N4148，因此其导通压降取0.7V不产出太大误差。也因为其电流负载小，对绕线直径没有要求，可用小一点的漆包线绕制。2.10估算绕线窗口能否容纳0.35mm漆包线外皮直径为0.39,0.25漆包线外皮直径为0.31，则绕线窗口利用率NAcu/Wa=0.230.3肯定可以使用EE16磁芯绕线没有问题。2.11估算磁芯气隙长度在反激变换器中，为减少漏感，提高效率，磁芯气隙不能大（尽量控制在0.1mm-2.0mm之间），因此近似认为Ae=A, = u0A(Np2/Lp-1/Al) =4 3.14Ae(N2p/Lp-1/Al) 10-4=0.11mm其中Ae取2.12估算输入输出电容选择输入电容： Irms =IlDmax(1-Dmax+r2/12) =0.6880.384(1-0.384+0.252/12) =0.347A又因为输入最大电压为51V，所以可以选择100V耐压470uf容量的电解电容。选择输出电容：纹波电流I=VoffTon/L =(Vo+Vd)(1-Dmax)/(Lsf) =0.27AESR150KHZ=（I120/I150K）2ESR120hz=(0.5/1)20.35=0.09因为输出电压为12V，最大纹波电流为0.27A，所以根据电容参数
