单管反激变换器

单管反激变换器引言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控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。—2—一.设计任务和功能要求………………-4-二.储能变压器及开关管等关键参数计算……………4-2.1确定反射电压UOR及钳位电压Uz(DD吸收回路)或Uclamp(RCD吸收回路)……………………4-2.2计算匝比…………5-2.3计算最大占空比Dmax 5-2.4初级侧电感斜坡中心电流(初级侧等效电感平均电流) 2.5.次级侧电感斜波中心电流……………………-6-2.6计算初级侧电感Lp……………-6-2.7估算电感体积……………………6-2.8计算匝数………………………-7-2.9计算辅助绕组(PWM控制芯片供电绕组)匝2.10估算绕线窗口能否容纳………7-2.11估算磁芯气隙长度……………-7-2.12估算输入输出电容……………7-三.主要元器件资料………………………-8-3.1UC3842内部工作原理简介…………………8-3.2PC817简介……………………-10介……………12-芯………………………-14-四.反激变化器设计原理……………-14-4.2振荡电路设计…………………15-4.3驱动电路设4.4启动电路设4.5电流反馈电路设计……………-18-五.以下为所用到的元器件清单……………………18-六.设计个人总结………………………19-七.实物图与PCB原理八.参考文献……………22-一.设计任务和功能要求(1)交流输入电压UAC范围24~36V;(2)变换器工作在CCM模式；(3)输出电压为12V,输出电流为417mA,输出功率为5W;(4)效率为85%;二.储能变压器及开关管等关键参数计算2.1确定反射电压UOR及钳位电压Uz(DD吸收回路)或Uclamp(RCD吸收回路)经过计算可以得到尖脉冲吸收回路消耗的功率由此可见：钳位电压Uzb必须大于Uor,否则吸收回路将消耗太多的功率，影响变换器的效率，工程上Uz一般取(1.4-1.6)*Uor。显然，在开关管截止期间开关管承受的最大电压Udsmax=Uinmax+(1.4-1.6)*n(Uo+Ud)&It;Vds-30V在开关管导通期间，次级回路整流二极管D截止，起承受的最大电压在开关导通期间，次级回路整流二极管D截止，其承受的最大电压<VbrUinmax=√2×Uacmax=√2×36=50.9V;使用100V耐压MOS管，截止期间MOS管承受的最大电压取70V(耐压留30V余量),即TVS管耐压Uz=Vdsmax-Uinmax=70-50.9=19.1V;路功耗可能太大，影响效率，如果耐压允许，Uz可取1.6倍Vor。Uor=Uz/1.5=19/1.5=12.7V.假设次级整流快恢复二极管压降Ud为0.9V,则N=Uor/(Uo+Ud)=12.7/(12+0.9)=0.984Udmax=Uinmax/n+Uo=50.9/0.984+12=63.88V,即选择70V-100V耐压快因此必须在输入电压为最小值时，设计变换器有关参数。在二极管整流、电容滤波电路中，当滤波电容C容量适中时，最小输2.4初级侧电感斜坡中心电流(初级侧等效电感平均电流)llp=lor/(1-D)=lo/n(1-D)llpk=llp(1+r/2)为减小变压器体积，电流纹波比r取0.5,则初级侧电感电流有效值在80°C时，两倍趋肤深度为减少导通损耗，所选MOS电流大于等于4倍llppk,即选用4A100Vlls=lo/(1-D)llpsk=Ils(1+r/2)=0.537Ad=2llsram/n×N×J=20.537/n×3.14×4.5,2.7估算电感体积输入功率Pin=Po/n当磁感应强度峰值Bpk取0.3T(接近饱和值)时，频率f取KHZ、输单位为W时。储能变压器磁芯有效体积Ve=0.314×Ue/B^2×(2+r)^2/r×Pin/fUe一般取100-300之间，当Ue取200时，变压器磁芯有效体积Ve=732mm^3,初步考虑用EE16磁芯(PC40材质),该磁芯体积绕线窗口有效面积Aw为39.85mm^2,无气隙电感系数Al=1140uh/N^2。Ns=Np/N=27.2/0.984=28,2.9计算辅助绕组(PWM控制芯片供电绕组)匝数Nss=Uo+Ud1/Uo+Ud×Ns=16+0.7/12+0.7×28=35.由于辅助绕组电流输出电流小，整流二极管可使用1N4148,因此其导2.10估算绕线窗口能否容纳0.35mm漆包线外皮直径为0.39,0.25漆包线外皮直径为0.31,则绕线在反激变换器中，为减少漏感，提高效率，磁芯气隙不能大(制在0.1mm-2.0mm之间),因此近似认为Ae=Aζ=uOA(Np^2/Lp-1/Al)其中Ae取Irms=Il×Dmax×(1-Dmax+r^2/12)又因为输入最大电压为51V,所以可以选择100V耐压470uf容量的电因为输出电压为12V,最大纹波电流为0.27A,所以根据电容参数可以选择25V耐压470uf容量的电解电容。图1示出了UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT);⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A;⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片图1UC3842内部原理框图817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导电耦合器只能传输数字信号(开关信号),不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等主要参数电压参考误差：±0.4%,典型值@25℃(TL431B)典型值为0.22欧姆，最大输入电压为37V最大工作电流150mA内基准电压为2.5V输出电压范围为2.5~36VTL431的具体功能可以用图c的功能模块示意。由图可以看到，VI可知，只有当REF端(同向端)的电压非常接近VI(2.5V)时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图1的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实2.5V基准源，下图b作可调基准源，电阻R2和R3与输出电压的关系3.4EE16磁芯根据输入、输出电压范围，可选择单管反激或双管反激拓扑结构。以及为了实现输出电压稳定的输出电压取样电压取样电路、基准电压、误差放大、光电耦合等部分组UC3842的4脚和8脚构成RC振荡电路，可采用下面近似公式计算：F=1.8/(Ct×Rt)4.4启动电路设计启动电流1MA时为使UC3842能正常启动，启动电阻应符合：动电容选择68uf/50V的电解电容。这次开关电源的设计让我受益匪浅，从元器件参数的计算选择到变压器的绕制、PCB的布线和制作等，都加深了我对开关电源的认识，而不再仅仅是停留在书本上算几个参数那么简单。在画PCB的时候，未全面考虑到元器件的封装，或者是买到的器件跟自己设计的封装有所出入，都导致后来制板的困难。制版的时候就弄坏了一块，腐蚀过度。变压器也是第一次绕制，有次因用力过猛，把骨架掰断，要不就是绕的时候计算混淆，双最后还是成功