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1、第6章 开关电源设计设计题设计题1输入电压：输入电压：AC 110/220 V；输入电压变动范围：；输入电压变动范围：90240 V； 控制电路形式为它激式，采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高，变压器、 电感器的体积越小，电路的动态响应也越好。但随着频率的提高，诸如开关损耗、 门极驱动损耗、 输出整流管的损耗会越来越突出，对磁性材料的选择和参数设计的要求也会越苛刻。另外，高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料，整个电路的稳定性、 运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中，选定工作频率为85 kHz。第6章 开关电源设计2. 电路结构的
2、选择电路结构的选择 小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，使电源结构简单，工作可靠，成本低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关电流小，输出纹波小，更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关电源的主电路如图6-1所示。第6章 开关电源设计图6-1 单端正激式开关电源的主电路第6章 开关电源设计单端正激式开关电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。在图6-1中，开关管VT导通时V1导通，副边线圈N2向负载供电，V4截止，反馈电线圈N3的电流为零；VT关断时V1截止，V4导通，N3经电容C1滤波后向UC3842脚供电，同时原边线圈N1上产生的感应
3、电动势使V3导通并加在RC吸收回路。由于变压器中的磁场能量可通过N3泄放，而不像一般的RC D磁通复位电路消耗在电阻上，因此可达到减少发热，提高效率的目的。第6章 开关电源设计3. 元件设计元件设计1) 变压器和输出电感的设计 依据UC3842应用方式，选定定时电阻RT1.8 k，定时电容CT10 F。确定开关频率f85 kHz，周期T11.8 s。设计单端控制开关电源时，一般占空比D最大不超过，这里选择D，则TON=TD=5.9 s (6-1) 第6章 开关电源设计根据电源规格、 输出功率、 开关频率选择PQ26/25磁芯，磁芯截面积S1.13 cm2，磁路有效长度l6.4 cm，饱和磁通密
4、度BS0.4 T。取变压器最大工作磁感应强度BmaxBS/30.133 T，则电感系数A为(6-2)变压器原边线圈匝数N1为(6-3)式中，Ui为最小直流输入电压。第6章 开关电源设计交流输入电压的最小值约为90 V, Ui90127 V，得出N1匝，取50匝。原边线圈电感LAN1211.1 mH。 副边线圈匝数为(6-4)式中，UDF为整流二极管V1上的压降；UL为输出电感L上的压降。 取UDF+UL0.7 V，代入式(6-4)，得N210匝。副边线圈电感为 L2=N22AL=444 H (6-5) 第6章 开关电源设计开关管断开时，N1两端将会产生感应电动势，为了保证开关管正常工作，将感应
5、电动势限制到e=300 V。反馈电线圈向UC3842提供U12 V的工作电压，按电容C1上的电压UC16 V计算，以保证有足够的供电电压给UC3842。由N3(UC /e)N1可得N3匝，取3匝。 变压器副边电流为矩形波，其有效值为 (6-6)导线电流密度取4 A/mm2，所需绕组导线截面积为1.77/40.44 mm2。同样可选择原边绕组导线，原边电流有效值为(6-7)第6章 开关电源设计所需绕组导线截面积为0.0885 mm2，选用截面积为0.096 21 mm2的导线(f0.41 mm)。取输出电感的电流变化量ILIo0.5 A，则输出电感为(6-8)式中, U2为副边线圈最小电压。计算
6、得(6-9)第6章 开关电源设计取UDF0.5 V，Uo3 V，代入式(6-8)可得L140 H。根据输出电感上的电流ILIo，所需绕组导线截面积应为0.625 mm2，故选择截面积为0.6362 mm2导线(f0.96 mm)。第6章 开关电源设计2) 开关管、 整流二极管和续流二极管的选择由于开关管断开时原边线圈N1两端的感应电动势限制到eL300 V，交流输入电压经全波整流、 电容滤波后，直流输入电压的最大值 (6-10)所以整流二极管所承受的最高反向电压为(6-11)续流二极管所承受的最高反向电压为(6-12)第6章 开关电源设计流过整流二极管和续流二极管的最大电流为ID=I2P=Io
7、+0.5 A(6-13)得ID2.75 A。根据以上计算选择肖特基半桥MBR25120CT,平均整流电流为25 A，反向峰值电压为120 V。开关管选用MOSFET 2SK793，漏源击穿电压为900 V，最大漏极电流为3 A。第6章 开关电源设计设计题设计题2 输入电压：输入电压：AC 85265 V，50 Hz；图6-8 120 W/24 V开关稳压电源原理图第6章 开关电源设计1) 器件的选择根据设计要求选择TOP系列的TOP248Y作为开关器件。由于TOP248Y工作在输出功率的上限，电流设定在最大值，因此将TOP248Y的X端直接与源极相连。而过压值设定在DC 450 V，若输入电压
8、超过此值，则TOP248Y 将自行关断，直到输入电压恢复正常值时，TOP248Y自行恢复启动。频率选择端F也与源极直接相连，此时开关工作频率设定在130 kHz。第6章 开关电源设计2) 脉冲变压器的设计要求脉冲变压器的初级电感Lm中的电流与电压的关系为(6-14)式中, ULm为初级电感两端的电压；为开关脉冲宽度。脉冲变压器的初级电感值在3003000 H之间，输出功率大的情况应取下限，反之则取上限。变压器初级电感值不能太小，否则会造成TOP248Y中的功率MOSFET的漏极电流太大，使开关损耗增加，同时易造成过流保护动作，使电源难以启动。同样，初级电感值也不能太大，否则不能满足输出功率的要
9、求。第6章 开关电源设计3) 电源次级电路的设计次级电路设计主要是选择整流管和滤波电容。整流管的选择应根据输出电流和电压进行，其最大值的选择为IRLC2Io=25=10 A (6-15) (6-16)(6-17)式中, Uo为输出电压；Io为输出电流；Uimax为最大直流输入电压；Dmin为开关的最小占空比；n为脉冲变压器的变比。第6章 开关电源设计将Uimax375 V，Uo24 V，Dmin代入式(6-17)，得到脉冲变压器的变比为n4。此时脉冲变压器的初级励磁电流为(6-18)此值远小于TOP248Y的漏极电流7.2 A。电源次级整流管在输出电压较低的情况下，采用肖特基二极管以减小二极管的损耗。当输出电压较高时，则需要采用快恢复二极管；当开关频率较高时，应采用超快恢复二极管作整流管，以减小其反向电流对初级的影响。滤波电容C7的容量应满足输出电压纹波的要求，L1及C9应能有效地滤除开关过程所产生的高频噪声干扰。第6章 开关电源设计4) 反馈电路的设计图6-8所示电路的反馈电路采用光电耦合器和可调式三端稳压器VS2以及R10、 R11、 R6组成的输出电压调整电路，R5为光电耦合器的限流电阻。在启动瞬间，检测光电耦合器输出电流，从而改变IC1控制端的电流，实现预调整，以确保电源在低电网电压和满载启动时达到规定的调整值。C11和R4、 C4组成环路补偿电路。
