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1、 . 多路输出反激式开关电源设计摘 要:以UC3844芯片为控制核心，设计并制作了多路输出反激式开关电源。完成了多路输出反激式开关电源系统设计，完成具体模块电路详细设计，包括 EMI 滤波电路、前级保护和整流桥电路、缓冲吸收电路、高频变压器、UC3844的启动与驱动电路、电流检测和过流保护电路等。合理选择、设计和分配了开关电源各电路参数；设计出电路原理图，根据设计规制作出 PCB，并组装出电源样机，最后对设计的样机进展测试验证。开关电源样机输出电压稳定性较高，输出电压纹波较小，符合设计规小于 80mV 的要求；样机整体测试结果说明，电源各项指标均符合要求，输出稳定，性能较好。关键词：开关电源；
2、反激式；UC3844；模块化 Design of Multi-output Flyback Switching Power Supply Abstract: It was designed and produced a set of multiple output fly-back switching power supply, using the chip UC3844 as the control core. The design of the system and specific module circuits was completed. The module circuits in
3、clude EMI filter circuit, level protection and bridge rectifier circuit, snubber circuit, high frequency transformer, start and drive circuit of UC3844, current sensing and over-current protection circuit. The parameters of switching power supply circuit were chose, designed and distributed reasonab
4、ly. According to the schematic circuit design and design specifications, we produced the PCB, and assembled the prototype of power supply, also finished the test in the final.The higher stability of the output voltage of the switching power supply prototype, the output voltage ripple is small, meet
5、the design specifications to the requirements of less than 80mV; The prototype of the overall test results show that the power of the indicators are in line with the requirements, output stability, better performance.Keywords: switch power supply；flyback；UC3844；Modular / 目 录1 概 述11.1 课题研究背景与意义11.2 课
6、题设计容12 反激式开关电源系统分析12.1 反激变换器工作原理分析12.2 控制电路分析32.3 系统整体架构53系统设计53.1 变压器设计53.2 控制芯片选择103.3 控制芯片驱动电路与定时电阻电容计算123.4 缓冲吸收电路163.5 前置保护电路173.6 EMI滤波电路选择与设计173.7 输入整流滤波电路183.8 反应电路设计203.9电流检测和过流保护电路213.10 软启动电路223.11 MOS管瞬态抑制保护电路224 系统调试234.1 硬件调试234.2 空载输出电压波形测量234.3 纹波测量与分析235 结 束 语27参考文献28致 29附 录30附录1 多路
7、输出反激式开关电源原理图31附录2 多路输出反激式开关电源PCB图32附录3 多路输出反激式开关电源系统元器件清单33多路输出反激式开关电源设计1 概 述 1.1 课题研究背景与意义 随着电力电子技术的高速开展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电力电子设备都离不开可靠的电源，其供电一般采用开关电源。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。在建立资源节约型、环保示型社会的大背景下，具有高效节能、平安环保、短小轻薄等方面优点的开关电源已经成为本学科一个重要的研究热点。其中
8、反激式开关电源，是开关电源拓扑中最简单的一种。输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，可同时输出多路互相隔离的电压，所以得到广泛应用。本次毕业设计制作的多路输出反激式开关电源是为各种电力电子器件供电。1.2 课题设计容设计多路输出的反激式开关电源，指标如下：(1) 输入电压：AC220V10%(2) 输出电压五组：三路+15V(1.0A)、两路+5V1.0A(3) 输出电压纹波:VPP80mV(4) 工作频率：100KHz(5) 最大占空比：Dmax=0.42(6) 效率=75%(7) 总功率：55W给出电源主电路与控制电路的设计清单。用protel软件进展电源电路原理图与PCB
9、图的设计，进展电路调试，对调试过程中出现的问题进展分析处理，获得多路输出反激式开关电源原理样机。2 反激式开关电源系统分析 本节完成主变换电路拓扑结构的选择，对控制电路调节方式进展选取，分析给出系统整体架构图，为开关电源各电路模块设计奠定根底。2.1 反激变换器工作原理分析反激变换器由于电路简单，所用元件少，适用于多输出场合。反激变换器的拓扑结构如图2-1所示，其中T1是高频变压器，Q1是MOS管，C1、C2是滤波电容，D1为整流二极管。其根本工作原理是：当开光管Q1 开通时变压器原边导通，输入的直流电压通过初级绕组向变压器灌入能量；Q1 关断时变压器灌注的能量通过次级绕组释放，经 D1 整流
10、、C2 滤波后供负载使用。通过PWM脉冲产生电路改变开关脉冲占空比和变压器的变比可以很容易的实现大围的电压调整。图2-1 反激变换器的拓扑结构工作方式选取反激式开关电源主要有两种根本工作模式：(1)连续工作模式，简称 CCM；(2)不连续工作模式，简称 DCM。两种工作模式的电路原理图如图2-2所示。CCM 的工作原理：PWM 脉冲鼓励开关管导通，这时输入电压加在原边绕组上，原边电感储存能量，在下一次脉冲到来之前，变压器储存的能量没有释放完全，使得次级电流没有降到零便开场了下一个过程。DCM 的工作原理与 CCM 相比的不同点是在下一次脉冲到来之前，变压器储存的能量已经释放完全，次级电流已经降
11、到零，下一个过程初级的电流又开场从零增加。所以 CCM的特点是高频变压器在每个开关周期，都是从非零的能量储存状态开场的。DCM的特点是储存在高频变压器中的能量在每个开关周期都要完全释放掉，可以得出两种模式下纹波电流与峰值电流的不同关系。DCM 的开关电流从一定幅度开场，沿斜坡上升到峰值，然后又迅速回零，初级脉动电流与峰值电流 的比例系数 1.0。DCM 的开关电流那么是从零开场上升到峰值，再迅速降到零，=1.0 。利用 IR与IPK 的比例关系 (01.0) 的数值，可以定量地描述开关电源的工作模式，其中 的关系如式(2-1)所示 图2-2 工作模式 2-1实际上 CCM 与 DCM 之间并无
12、严格界限，而是存在一个过渡过程。对于给定的交流输入围，值较小时对应连续的工作模式和相对较大的初级电感量，并且初级峰值电流和初级有效值电流值较小,这时可选用较小功率的控制器件和较大尺寸的高频变压器来实现优化设计。反之，值较大，就表示连续程度较差，初级电感量较小，而 与 较大，此时采用较大功率的控制器件和尺寸较小的高频变压器。 通过查阅相关资料，采用 CCM 可比 DCM 减小功耗大约为 25%左右。对于同样的输出功率，采用 CCM 可使用功率较小的控制芯片，或者允许控制芯片工作在较低的损耗下。此外，设计成 CCM时，初级电路中的交流成分要比 DCM低，并能减小趋肤效应以与高频变压器的损耗。本设计
13、选取 1.0，即工作于CCM模式。2.2 控制电路分析在开关电源中，控制电路的主要功能是为开关管提供比率可调的驱动脉冲，从而到达稳定输出电压的目的。常用的调制方式有三种：PWM 脉宽调制、PFM 脉频调制和PWM-PFM 调宽调频混合电路。2.2.1 PWM脉冲宽度调制PWM 调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，使输出脉冲宽度发生变化的一种调制方式。在调制期间脉冲周期 T 是固定不变的。不管是负载电流发生变化，还是输入电压发生变化，都会引起输出电压的变化，通过反应采样这个变化，然后经过稳压控制系统，最终使输出脉冲宽度改变，从而到达输出稳定电压的目的。脉冲宽度调制变化如图 2-3 所示，T不
14、变，Ton发生变化，即脉冲宽度改变。图2-3 PWM 调节方式脉冲频率调制PFM 调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，使输出脉冲周期发生变化的一种调制方式。脉冲频率调制变化如图 2-4 所示，Ton不变，即脉冲宽度不变化，而周期发生变化，即频率改变。图2-4 PFM 调节方式PWM-PFM 脉宽脉频综合调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，不但使输出脉冲宽度发生变化，而且频率也同时发生变化的一种调制方式。PWM-PFM调制方式是同时改变周期 T 和导通时间 Ton两个参数来实现输出电压的稳定。PWMPFM 兼有 PWM 和 PFM 的优点，调制过程如图 2-5 所示。图2-5 PWM-P
15、FM 综合调节方式本设计采用第一种 PWM 调制方式，属于 PWM 调制方式中的电流反应模式。调制过程是当控制芯片UC3844的检测端电流在规定的围，UC3844输出占空比与检测端电流成反比。通过检测端电流的大小来改变占空比的大小，实现 PWM 调制，从而到达稳定电压的目的。2.3 系统整体架构多路输出反激式开关电源系统设计整体架构如图2-6所示，主要包括：前级保护电路、EMI 滤波电路、整流滤波电路、漏磁吸收回路、输出整流滤波电路、反应电路、主控制电路等。图 2-6 系统整体架构图工作过程分析：接入 220V 交流电 ui；经过保护电路之后；进展 EMI 电磁滤波，滤除电源接入噪声和自身噪声干扰；桥式整流为310V左右的直流电压；通过反激式主变换电路进展电压变换，主电路包括全波整流、滤波、高频变压器、漏磁吸收回路和功率开关管；经过变压器二次侧变换之后送至后级同步整流电路进展整流滤波；如输出滤波效果不明显，可增加后级滤波电路；在交流输入电压波动时，为了保证输出稳定，需要进展负
