开关电源报告

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1、课程作业课程名称_开关电源技术题目名称反激变换器学生学院_物理与光电工程专业班级学 号学生姓名指导教师_潘永雄2015 年 6 月 12目录一、弓1言4二、设计内容与要求41、设计内容42、设计要求4三、设计方案4四、设计原理方框图5五、核心元件介绍51、FAN7930B控制芯片52、TL431精密可调基准电源6六、设计步骤61、输入保护电路62、EMI滤波电路73、DD吸收回路74、确定反射电压75、计算匝比n86、计算特征函数F2（K/和系数、87、初级绕组电感峰值电流最大值88、初级绕组最小电感量89、估算电感体积910、计算匝数911、计算初级绕组电流有效值1012、计算特征函数F3

2、（、）与次级绕组电流有效值1013、ZCD辅助绕组匝数1114、输出电容估算1115、电流取样电阻1216、IVN引脚偏置1317、ZCD电阻确定1318、光耦和TL431的偏置1319、输出电压取样电路1420、三极管有源启动电路14七、电路原理图及PCB图151、电路原理图152、 PCB图错误!未定义书签。八、调试方法16九、参考文献16、引言电力电子技术有三大应用领域：电力传动、电力系统和电源。在各种用电设备中，电源 是核心部件之一，其性能影响着整台设备的性能。电源可以分为线性电源和开关电源两大 类。线性电源是把直流电压变换为低于输入的直流电压，其工作原理是在输入与输出之间串 联一个可

3、变电阻（功率晶体管），让功率晶体管工作在线性模式，用线性器件控制其“阻值” 的大小，实现稳定的输出，电路简单，但效率低。开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上 的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）所以开关 电源具有能耗小、效率高、稳压范围宽、体积小、重量轻等突出优点，在通讯设备、仪器仪 表、数码影音、家用电器等电子产品中得到了广泛的应用。反激式功率变换器是开关电源中 的一种，是一种应用非常广泛的开关电源。反激变换器本质上属于Buck-boost变换器，输入回路与输出回路隔离，可以升压，也 可以降压。在100W以内隔离式开

4、关电源中得到了广泛的应用。根据输入电压与输出电压的 范围，可以选择单管反激或双管反激拓扑结构。二、设计内容与要求1、设计内容根据反激变化器的工作原理，自己制定指标，设计一个反激变换器开关电源。2、设计要求 、交流输入电压U AC范围：90V265V； 、变换器工作在BCM模式； 、输出电压为60V；额定输出电流为0.2A；输出功率为12W； 、目标效率为0.88； 、工作频率为100KHz； 、输出纹波电压为5V； 、次级整流二极管D正向压降为0.9V；三、设计方案在输入级进行EMI滤波后，通过整流桥将AC转换成DC，经过电容滤波后利用反激变 化器进行DC-DC变换。反激变换器的开关管的通断有

5、控制芯片FAN7930B产生的PWM控 制信号进行控制。而反馈回路由TL431精密可调基准电源、补偿网络、光耦等器件组成。I、设计原理方框图系统设计原理图，如图1所示五、核心元件介绍1、FAN7930B控制芯片它是一款具有有源功率因素校正的的控制器，使用比较内部斜坡信号和误差放大器输出 电压的模式PWM来生成MOSFET控制信号。由于压电模式CRM PFC控制器无需整流 AC线路信息，因此电流模式CRM PFC控制器所必需的输入压电传感器网络的功率损耗就 得到了节省。FAN7930B控制芯片还提供过压保护、开路反馈保护、过流保护、输入电压缺失检测和 欠压闭锁保护。附加的OVP引脚，因INV引脚

6、处连接的电阻损坏导致输出电压超过过压保 护电平时，可关断升压功率级。如果INV引脚电压小于0.45V且工作电流变得非常小，则 可禁用FAN7930B。由于采用新变量实时控制的方法，因此总谐波失真要比传统CRM升压 PFC的IC小。2、TL431精密可调基准电源TL431的特点是：稳压值从2.536V连续可调渗考电压原误差+-1.0%，低动态输出电 阻，典型值为0.22欧姆输出电流1.0100毫安;全温度范围内温度特性平坦，典型值为50ppm; 低输出电压噪声。六、设计步骤1、输入保护电路输入电路由保险丝（管）、防雷器件（压敏电阻等）器件组成。本设计没有设计防雷功能。所以输入保护电路只有保险丝。

7、1）、保险丝（管）保险管是防止后级电路异常时损坏开关电源内部元件以及烧坏PCB板上的布线。保险 管的参数必须选择得当，否则后级电路出现异常大电流时没有熔断，或者在正常工作的时候， 保险管意外熔断，致使开关电源没法正常工作。根据公式：I = （23） xPfuse门 x V x PF对于整流后采用大电容滤波的电路来说，功率因素PF 一般只有0.450.6之间。对于具 有有源功率因数校正的电路来说，PF 一般在0.90以上。图2由图2以看出，本设计采用的控制芯片FAN7930B带有功率因素校正功能，所以PF取 0.9，而输入最小电压为90V，输出功率为16W，效率为0.88。那么根据计算公式，保险

8、丝 电流容量为：I = （2 - 3） x16= 0.4880.748AFUSE / 0.88 x 90 x 0.9取标准值1A。2、EMI滤波电路EMI滤波本质上是一个低通滤波，如图2所示，400Hz以内交流市电尽可能无损通过。 面对高频的差模、共模干扰信号具有很强的抑制效果，以避免开关电源内部产生的高频干扰 信号通过电源线污染电网，同时也避免了来自电网的高频干扰信号影响开关电源的工作。R2LR22图3用EE型磁芯做AC滤波电感的磁芯。其中电阻R21、R22的电阻值取3.3K。安规电容CX1和CX2的取值为0.1 uFo3、DD吸收回路如图3的DD吸收回路电路，在未导通之前，漏感电流给C3迅

9、速充电。C3的容量选择 2.2nF，耐压值为500V。电阻R20的阻值为100Q。4、确定反射电压为了降低成本，一般尽可能使用600V耐压的MOS管，截止期间MOS管承受的最大 电压取570V，即TVS管耐压为Uz = VDSMAS - UINMAX = 570 - 375 = 195V因为TVS管取技倍的UR，所以U0R19515=130V。5、计算匝比n因为次级整流超快恢复二极管压降U D为0.9V,则.上一=工=2.134U o + U d 60 + 0.9即整流二极管D承受的最大反向电压UU DRM INMAX + U0 =235.72V取350V耐压的超快恢复二极管。6、计算特征函数

10、F2（、）和系数匕因为反激变化器可以等效为BUCK-BOOST变换器，而buck-boost变换器在输入电压最小时，电感峰值电流ILp最大，因此必须在输入电压为最小值的时候，设计变化器的参数。K _显x U职 点x U职 v2 x 90 v - n(U0 + Ud ) =U：= =0,979130最大导通时间:叱0.5 +1.4 x10 - 3 kF2( K )=V1 + 0.815R=0.2789TONmaxf . x (1 + K )5.05 u s7、初级绕组电感峰值电流最大值由峰值电流的计算公式:I 2 x J5 x （1 + K、） x P0 _LPK Ux门由于开关管与初级绕组串联

11、，因此开关管Q的最大电流IQmax _ IK =0-848A8、初级绕组最小电感量由电感量的计算公式:L XU21 min=758.33 pHp 2x f . xPx(1 + Kv )2可得，初级绕组的最小电感量为758.33 pH。9、估算电感体积输入功率为:IN12=13.64W当磁感应强度峰值Bpk取 0.3T时，最小开关频率去血、输入功率与单位为W时，储能变压器的磁芯有效体积为V = 2.512 x - x Pin =2.512x - x 13.64 =3.807 PeB 2f0.32100 ePKsw min取Pe=300，那么变压器磁芯有效体积V =1142.1 mm3,初步选择选

12、择EFD20磁芯。该磁芯 的参数如下：C1=1.52 mm -1 ；A = 31 mm 2 ；L = 47mm ；A = 50mm 2 ； wAl = 1400nH / N2 ；V = 1460mm3e10、计算匝数由计算公式: Lpy = 758.33 x 0.848 =69 15pA BpK31x 0.3.因为Np偏大，所以重新选择磁芯，改选EDR2810磁芯，该磁芯体积为V = A X L =85 X 24.6=2091 mm3则N LplpkABpk758.33 x 0.84885 x 0.3=25.22，取 26 砸;那么 N = 土 = -25.22=11.81,取 12 砸。s

13、n 2.134即初级线圈为26砸，次级线圈为12砸。11、计算初级绕组电流有效值由次级绕组电流有效值得计算公式:QrmsLPrmsLPK:F2K)=0.848 x0.27893=0.259A 3在80C时，两倍趋肤深度.c 7.42 x 7.42 A = 2 x= 0.467mmf圮 100 x 103线径d1：0.259d1 = 2I Pms= 2 mx兀 x J mx 3.14x 4.5其中电流密度J取4.5A/mm2。显然，当m=1时，d=0.270mm2A。因此初级线圈可 以采用单股标称直径为0.32mm漆包线绕制。12、计算特征函数F3 (%)与次级绕组电流有效值特征函数F3( Ky

14、 )：F3(K ) = 0.424 + 5.7 x 10一4 x % = 0.424 + 5.7 x 10-4 x 0.979 = 0 230V1 + 0.862 x KV1 + 0.862 x 0.979次级绕组电流有效值：LSrmsDrmsLPKK-V- x F 3( KV) = 0.137 A线径d2：z I0.137d 2 = 2 L Pr ms = 2 m x兀 x J m x 3.14x 4.5电流密度J取4.5A/mm2，当m1时，d=0.197mm2A。因此次级线圈可以采用采用单股标称直径为0.23mm漆包线绕制。UoffNAuxNsVZCDUoffVZCDUO + UD13、ZCD辅助绕组匝数ZCD绕组匝数与ZCD检测电压VZCD有关，开关管截止期间次级绕组电压=U