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1、7路输出单端反激式开关电源设计7 outputs single-ended flyback switching power supply design thesis a摘 要开关电源是一种采用PWM等技术控制的开关电路构成的电能变换装置，它广泛应用于交直流或直直流电能变换中，通常称其为开关电源（Switched Mode Power Supply-SMPS）其功率从零点几瓦到数十千瓦不等，广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。开关电源因其体积小、重量轻、效率高、性能稳定等优点而逐渐取代传统的线性稳压电源，被誉为高效节能电源，现己成为稳压电源的主导产品。本课题是设计一个通用的多路输出的反激式
2、开关电源，电源取自220V市电。本题目设计的开关电源是采用全控型电力电子器件MOSFET作为开关，利用控制开关的导通时间来调整输出电压，主控制芯片采用UC3844实现电压电流双闭环控制，采用PC817、TL431等专用芯片以及其他的电路元件相配合作为反馈电路，使设计出的开关电源具有自动稳压功能。系统工作频率为50kHz，输出7路隔离的电压。关键词：开关电源，反激式变换器，高频变压器，UC3844IIAbstractSwitching power supply using the PWM, control switch circuit of the power conversion device
3、, it is widely used in AC to DC or DC to DC can transform, usually called the switching power supply (Switched Mode Power Supply-S MPS) power from zeroranging from a few watts to tens of kilowatts,is widely used in various fields of life, production, research, and military.The switching power supply
4、 because of its small size, light weight,high efficiency, stable performance and other advantages of gradually replacing traditional linear power supply, known as energy efficient power supply,has now become the leading product of the power supply.This project is to design a generic multi-output fly
5、back switching power supply,power supply from the 220V mains. Switching power supply design of this topic is the use of full-controlled power electronic devices MOSFET as a switch, control switch conduction time to adjust the output voltage, the main control chip UC3844 PC817, of TL431 dedicated chi
6、pand compatible with other circuit elements as a feedback circuit,voltage and current double closed loop control,the design ofswitching power supply with automatic voltage regulation function. The systemoperating frequency 50kHZ, the output voltage of 7 road isolation.Keywords: switching power suppl
7、y, flyback converter, high-frequency transformer, UC3844目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 引 言1第二章 开关电源的原理32.1 开关电源的基本原理32.2 开关电源的组成42.3 单端反激式拓扑分析42.3.1 工作原理4第三章 系统设计63.1 技术指标63.2 开关电源电路图63.3 关键元器件的选择与设计73.3.1 控制器芯片UC384473.3.2 高频变压器的设计83.3.3 输出级的设计83.3.4 功率MOSFET及其驱动电路设计103.3.5 功率MOSFET控制电路及其参数选择113.3.6 电压
8、反馈电路设计113.3.7 输入启动电路的设计123.3.8 输入整流滤波电路的设计143.3.9 保护电路的设计143.4 电路工作过程总结15第四章 设计总结18参考文献19附 录20IV第一章 引 言第一章 引 言随着电子技术的发展, DC/DC 电源已经形成一个庞大的工业, 材料、工艺、外封装的不断改进, 使DC/DC产品普遍被工业界采用, 并在军界、医疗、宇航等领域迅速推广。现已有数家产值达数千万美元的公司生产DC/DC电源, 产品从0.5瓦至上千瓦. 从单输出到多输出。也有的公司把自己的DC/DC模块产品组合设计成用户需要的电源系统。激烈的竞争局面, 导致各厂家积极采用先进技术,
9、使模块以最小的体积达到最高的功率输出,某些新产品的功率密度已可达每立方英寸10瓦。提高效率和输出功率是大家追求的目标, 场效应开关管、肖特基整流管以及磁性材料的改进, 都是关键因素。计算机工业的发展给DC/DC电源提出了新的目标。以往的TTL 电路逻辑电压为5V , 超大规模集成电路的驱动电流较大, 一个需5A 电流的设计至少要25 瓦输出的电源模块。为节省能源, 新的CMOSIC设计使电压降为3.3V , 同样需5A 电流则可仅用16.5 瓦的模块。目前一些超大规模集成电路生产厂家有意把电压降至2 .9V 、2.1 V ,以节省电力, 因对DC/DC电源产品带来了新的挑战。目前DC/DC模块
10、的设计人员采用同步整流技术在一定程度上使效率有所提高,但最终的改进尚依赖于半导体元件性能的改善。为解决DC/DC模块的控制电路。使用一定规模的集成电路将使DC/DC模块性能得到革命性的进步1。DC/DC模块的外封装的散热也是个关键间题。由于体积的限制,模块外壳需有良好的导热能力, 否则将烧毁内部半导体元件。近几年已有把电路印刷在铝制或陶瓷荃板上的DC/DC产品间世。铝板和陶瓷板导热较好, 给DC/DC模块的发展提供的新的方向。2第二章 开关电源的原理2.1 开关电源的基本原理在线性电源中，功率晶体管工作在线性模式，线性电源的稳压是以牺牲调整管上的耐压来维持的，因此调整管的功耗成为了线性稳压电源
11、的主要损耗。与线性稳压电源不同的是，开关电源的功率开关管工作在开关（导通与截至）状态。在这两种状态中，加在功率开关管上的伏安乘积总是很小（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）。功率器件上的伏安乘积就是功率开关管上所产生的损耗。不同于线性稳压电源，开关电源更为有效的电压控制方式是PWM（Pulse Width Modulation）控制方式，就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，然后通过滤波电路来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。而开关电源多为对等幅脉冲进行控制，脉冲的占空比是开关电源的控制器来调节的。当输入电压被斩成交流方波，其输出幅值就可以通过
12、高频变压器来升高或降低。通过改变高频变压器的二次绕组个数就可以改变电压的输出路数。最后这些交流脉冲波形经过整流滤波后就得到所需的直流输出电压。开关电源的基本工作工程：1、交流输入经整流滤波变成直流；2、控制器输出高频PWM信号控制开关管，将直流电压斩波成高频脉冲电压加到高频变压器初级绕组上；3、高频变压器次级绕组感应出高频电压，经整流滤波供给负载；4、反馈环节从一部分输出电压采样得到误差电压，经误差放大后输入到控制器，控制占空比，以达到稳定输出电压的目的。32.2 开关电源的组成图2-1所示为开关电源的结构框图：图2-1 开关电源的结构框图AC/DC转换电路是整流滤波电路。DC/DC转换器是开
13、关电源中最重要的组成部分，有以下几种基本类型：buck型、boost型、buck-boost型、正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。因设计需求，本设计在主电路拓扑上采用单端反激式。下面就对这一结构主电路进行讨论分析。2.3 单端反激式拓扑分析2.3.1 工作原理图2-2为单端反激式变换器拓扑结构：图2-2 单端反激式变换器拓扑结构图中变压器的初级绕组与次级绕组同名端相反，为输入直流电压，开关S为功率开关管，C为输出滤波电容，R为负载，为初级绕组电流，为次级绕组电流；和为输出电压和电流，参考方向如图中所示。单端反激式变换器又称电感储能式变换器，其变压器兼有储能、变压、隔离三重作用。所谓
14、单端，指变压器磁芯仅工作在其磁滞回线的一侧。当功率开关管S导通时，直流输入电压加在初级绕组上，在变压器初级电感线圈中储存能量，由于次级绕组感应电压为上负下正，使二极管D反偏截止，次级绕组中无电流，此时电能转化为磁能存储在初级电感中。当S截止时，初级感应电压极性反向，使次级绕组感应电压极性反转，二极管D导通，储存在变压器中的能量传递给输出电容C，同时给负载供电，磁能转化为电能释放出来。当开关管重新导通时，负载电流由电容C来提供，同时变压器初级绕组重新储能，如此反复。从以上电路分析可以看出，S导通时，次级绕组无电流；S截止时，次级绕组有电流，这就是“反激”的含义。根据次级绕组放电时间的不同，单端反
15、激式变换器分为3种工作模式：不连续工作模式（DCM）、连续工作模式（CCM）和临界工作模式。第三章 系统设计3.1 技术指标本课题是针对现代电子设备对供电电源的需求，以220V市电为能源供应，经整流滤波、高频变压器、再经过输出整流滤波，得到电子设备所需的5V、12V、+24V等电压。本课题设计的电源主电路拓扑采用单端反激式变换器结构，采用UC3844作为PWM主控IC，以实现电压和电流的双闭环控制，从而提高负载调整率，电压调整率，以达到电子设备对电源电压稳定性的要求，本电源开关频率设定在50kHz，同时输出7路相互隔离的电压。技术指标如下：1输入：AC185250V，50/60Hz2输出：5V/0.5A（4路），12V/1A，+24V/1A3开关频率：50kHz4效率：大于80%5输出文波：最大100mV（峰峰值）6输出精度：5V，12V：最大5%24V：最大10%7最大占空比：45%3.2 开关电源电路图设计的完整开关电源电路图如下：图3-1 本设计开关电源电路图3.3 关键元器件的选择与设计3.3.1 控制器芯片UC3844UC3844 PWM控制IC是高性能频率固定的电流型PWM控制器，它为实际设计提供了一种电路简单、外围元件少、带负载能力强而又经济
