反激直流变换器的研究

1一、实验原理一、实验原理反激变换器的主电路如图所示，它由开关管、整流二极管 D、电容 C 和变压器构成开关管按 PWM 方式工作变压器有两个绕组：一次绕组 N1 和二次绕组 N2，两绕组要紧密耦合反激变换器电路简洁，所用器件少，适合于多输出场合使用具有以下特点：1.电路简单,效率高;2.输出电压纹波较大;3.处理功率在 150W 以下;4.小功率多组输出特别有效其工作原理如下图 1-1 反激变换电路原理图在 t=0 时刻，开关管开通，由于变压器同名端，二极管 D 截止，此时变压器的二次绕组开路，只有一次绕组工作在 t=Ton 时刻，开关管关断，一次绕组开路，二次绕组的感应电势反向，使 D 导通，储存在变压器磁场中的能量通过 D 释放，一方面给 C 充电，另一方面像负载供电下面是具体的转换能量过程1 1、、 开关开关 Q Q 开通工况开通工况t＝0 时 Q 开通，电源电压 Vin 加在原边绕组 W1 上，副边绕组 W2 感应电压为 ，极性为*端为正，使二极管 D1 截止，负载电流由电容Cf 提供变压器副边开路，原边相当于电感量为 L1 的电感原边电流 ip 线性增长，增长率为t＝Ton 时 ip 达到最大值在此过程中，磁芯中的磁通也线性增加，由 磁通增量2 2、开关、开关 Q Q 关断工况关断工况t＝Ton 时 Q 关断，原边绕组开路，副边绕组感应电压反向，*端为负，使 D1UPVinUSIinIoutVoutIPISDCfinwVWWv12 21LV dtdiinpsyin PPTLDVII1minmaxdtWVdin1syinTDWV1)(2导通，存在变压器的磁场能量通过 D1 释放，给 Cf 充电，并向负载供电。

变压器副边相当电感量为 L2 的电感，电压为输出电压 V0，副边电流 is 线性下降，下降速度为 t＝Ts 时 ip 达到最小值在此过程中，磁芯中的磁通也线性减小，由 磁通增量3 3、主要波形如图、主要波形如图图 1-2 实验波形图二、电路的构成二、电路的构成反激式开关电源电路的主要特点是电路简单、成本低、可靠性高、稳压范围宽,故许多家用及办公室电子电器采用了此种电路本次实验主电路的拓扑结构是一个反激变换器，采用TNY279控制，5V及3A输出低成本高效率电源电压20 LV dtdissssTDLVII)1 (y 20 maxmindtWVd20sTDWV)1 (y 20 )(－3这个高频变压器的设计会在下文中重点讲述本次设计的电路提供了一个5V的稳压电源，也可以设计成3.3V这些可以应用于需要稳压电源的电器上，如DSP的供电电源（5V）,电脑的供电电源（3.3V） 电路图如下：图 2-1 反激变换器系统原理图反激变换器系统主要由反激变换器主电路、输出检测及给定电路、光电耦合电路、一片TNY279及其外围电路构成。

传统的控制方法是设计好原副边的匝比，通过改变开关的占空比调节输出电压的高低然而本次实验电路并不是通过调节占空比来调节输出电压的， TinySwitch-III 在一个器件上集成了一个高压功率MOSFET开关及一个电源控制器与通常的PWM(脉宽调制)控制器不同，它使用简单的开/关控制方式来稳定输出电压通过漏极脉冲遗漏的方式达到调节输出电压的目的TinySwitch-III 器件以流限模式工作开启时，振荡器在每个周期开始时开通功率MOSFET电流上升到流限值或达到 DCMAX 的极限时关断MOSFET由于TinySwitch-III 设计的最高流限值与频率是定值，它提供给负载的功率与变压器初级电感及峰值初级电流的平方成正比因此，电源的设计包括计算实现最大输出功率所需的变压器初级电感如果根据功率选择了正确的 TinySwitch-III，那么流过电感内的电流会在达到DCMAX极限前上升到流限值4反激变换器系统工作原理简述如下：在输入电压较低时，TNY279中有欠压保护，连接在直流电压与EN/UV引脚间的外接电阻可用于监测直流输入电压在通电或自动重启动时功率MOSFET开关禁止期间，流入EN/UV引脚的电流必须超过25μA，以启动功率MOSFET。

在通电时，旁路/多功能引脚在欠压情况下会被维持在4.9 V一旦欠压情况消除，旁路/多功能引脚会从4.9 V上升到5.85 V如果在自动重启动的功率MOSFET禁止开关期间出现欠压情况，则自动重启动计数器会停止计数这使禁止时间从正常的2.5秒延长到欠压消除为止欠压电路还能同时检测到没有外部电阻连接到EN/UV引脚的状况（低于的电流流入此引脚）在此情况下则禁止欠压保护功能当输入电压提高到使 TNY279 工作后，整个系统都开始工作，输出电压为5V当系统稳定运行时光电耦合器 LTV817 输入侧两端电压以一定波动,使得光电开关工作在开关状态在正常工作时，引脚 EN/UV 控制功率 MOSFET 的开关当从此引脚拉出的电流大于某个阈值电流时，MOSFET 将被关断当此引脚拉出的电流小于某个阈值电流时，MOSFET 将被重新开启对阈值电流的调制可以防止群脉冲现象的发生,阈值电流值在 60uA 到 115uA 之间,即达到控 TNY279 漏极端（D）的脉冲稳定遗漏当负载增大时光电耦合器 LTV817 输入侧二极管两端的电压低压时间变长使得 TNY279 使能端（EN/UV）下拉电流变短，从而控制TNY279 漏极端（D）被遗漏的脉冲减少，以平衡负载增大所引起的压降，使得输出电压稳定在 5V。

当输入电压增大时，幅边整流后的电压增大，使得光电耦合器 LTV817 输入侧两端电压变高，则 TNY279 使能端（EN/UV）下拉电流增加，控制 TNY279 漏极端（D）的脉冲遗漏的脉冲增加，以平衡输入侧电压的增大，使输出电压稳定在 5V三、重要器件的功能三、重要器件的功能1 1、钳位电路、钳位电路钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上图中为二极管钳位电路，它利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小(有时可近似为零)的特点，来限制输入端的电位2 2、、 TNY279TNY279 概述概述：TNY279 属于 TinySwitch-III 产品系列，内部集成了一个 700V 的功率5MOSFET、振荡器、使能电路、高压电流源、限流状态调节器、5.85V 稳压器、旁路/多功能引脚过压保护电路、过热保护、电流限流保护、欠压检测、自动重启电路等IC 产品系列采用开/关控制方式，提供一个灵活的设计方案，并且实现更低的系统成本及更大的输出功率范围表表 1 1：：TNY279TNY279 参数参数基本参数输出功率封装类型输出电压12V适配器 18W频率范围124—140KHz230 VAC ±15%开放式 32W工作温度-40—150°失陪器 12W隔离输出可以85-265 VAC开放式 25WP(DIP-8B)G(SMD-8B)图 3-1 TNY279 内部结构功能图6图 3-2 TNY279 封装TNY279TNY279 特性：特性：最低的系统成本及更出色的灵活性，简单的开/关控制，无需环路补偿，通过 BP/M 引脚电容值可选择不同的电流限流点。

更高的电流限流点可得到更高的峰值功率，或在开放式应用中得到更高的连续输出功率更低的电流限流点可提高封闭式适配器/充电器设计的效率，可允许 TinySwitch-III 系列相邻产品之间相互替换，无需重新设计电路严格的I2f 参数公差范围降低系统成本 高效利用 MOSFET 及磁芯材料的功率输出能力，降低了最大过载功率，从而降低变压器、初级箝位及次级元件的成本，导通时间延长-更低输入电压下维持输出的稳定/维持时间, 使用更低容量的输入电解电容自偏置：无需偏置绕组或偏置元件，频率抖动降低 EMI 滤波成本，引脚布局简化了 PCB 板上的散热铺铜的设计，源极引脚为“电气”上的安静点, 从而降低了 EMI增强的安全及可靠性能:精确的迟滞热关断保护并具备自动恢复功能，无需人工重新置位改善的自动重启动功能在短路及开环故障状况下实现满足要求 weA A40.18cm40.0799cm（2）确定匝数比：根据 279 的设计参数根据系统设计要求smax0.65 ,f132,0.4pkIAK D取，,解得一次侧最大电感，inmin150VVinminmax p s*699.3*fpkDLFIV单位周期内存储在磁芯中的能量为,2 ppks***f19.515LIWW1 2原幅边匝数比取为 15。

maxmax*(15020)*0.415.48,(1)(50.6)*0.6ioVDnVD（3）确定匝数：，取 63 匝，，取 46 p 6*0.65*699.3*1063.131*36*10*0.2P eILNAB匝4.2PN nSN匝匝4 4、、 RCRC 吸收电路吸收电路 由一电容与一电阻串接而成，电容滤波电路工作原理时，主要是用到了电容器的隔直通交特性和储能特性前面整流电路输出的脉动性直流电压可分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电，交流电压部分就会从电容器流过到地，而直流电压部分却因电容器的通交流、隔直流特性而不能接地才流到下一级电路这样电容器就把原单向脉动性直流电压中的交流部分的滤去掉了电容滤波电路可以用电容储能特性来解释，当单向脉动直流电压处于高峰值时电容就充电，而当处于低峰值电压时就放电，这样把高峰值电压存储起来到低峰值电压处再释放把高低不平的单向脉动性直流电压转换成比较平滑的直流电压滤波电容的容量通常比较大，并且往往是整机电路中容量最大的一只电容器滤波电容的容量大，滤波效果好电容滤波电路是各种滤波电路中最常用一种5 5、、 后级滤波后级滤波8电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成 LC 滤波电路。

电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流,通低频,阻高频”的功能如果把伴有许多干扰信号的直流电通过 LC 滤波电路那么，交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能，剩下的大部分被电容旁路到地，这就可以抑制干扰信号的作用，从而输出端输出比较纯净的直流电流 图 3-3 LC 滤波结构电感滤波电路是利用电感器件对脉动电流产生的反电动势来进行滤波的作为滤波器件的电感线圈，它与负载(如放大电路等)是串联的，如图l所示从理论上来说，为了使负载R 的交流成分减至极小，L就应该尽可能地大，才能使交流成分在其上的压降最大但在实际使用中，要依据负载电流的大小来选择绕制电感线圈的线径，并且受限于线圈的体积6 6、、 KA431AZKA431AZ可调式精密基准稳压器，这里构成 PI 调节器器件主要参数如下图框：图 3-4 KA431AZ 内部功能图表表 2 2：：KA431AZKA431AZ 的电气特性的电气特性97 7、、 LTV817LTV817光电耦合器，构成输入输出之间的隔离图 3-5 LTV817 结构和封装10表表 3 3：：LTV817LTV817 的电气特性的电气特性4 4、、实验步骤实验步骤1 1、、 主电路的调试主电路的调试（1）取全所有器件，然后进行焊接，完毕后用万用表检查电路是否连接正确有无虚焊点和短路情况，电路器件是否连接正确。

2）绕变压器，确定进线端和同名端，按照上面所述的匝数绕，完成后，焊接到电路板上，后要测试一下，同名端是否正确3）给电路加电压，先从轻载往上加，5W，10W，15W 电路开始工作后，用万用表测试输出端电压是否为 5V（测试 T1 和 T2，输出 5V 电压的正负极） 4）用示波器测试变压器副边电压和原边电压波形并做记录二极管两端波形，观察在有吸收电路时，二极管关断瞬间的电。