单端反激式开关电源课程设计要点.pdf
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1、I 多路输出单端反激式开关电源设计 系别:电气工程与自动化 专业:电气工程及其自动化 班级: 姓名: 学号: II 多路输出单端反激式开关电源设计 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开关
2、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,UC3844 III Abstract Switching power supply using the PWM, control switch circuit of the power c
3、onversion device, 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 switch
4、ing power supply 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
5、 multi-output flyback 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 TL
6、431 dedicated chipand 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: swi
7、tching power supply, flyback converter, high-frequency transformer, UC3844 IV 目录 摘要 III 第 1 章 电路设计和原理. 5 1.1 开关电源的工作原理 . 5 1.2 开关电源的组成 . 5 第 2 章 系统各部分电路设计 . 7 2.1 开关电源电路图. 7 2.2 电压反馈电路设计 . 8 2.3 输入启动电路的设计 . 9 2.4 输入整流滤波电路的设计 . 10 2.5 保护电路的设计 10 2.6 电路工作过程总结 . 11 第 3 章设计总结 . 13 参考文献 14 附 录 15 5 第 1 章
8、 电路设计和原理 1.1 开关电源的工作原理 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
9、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。 1.2 开关电源的组成 图 1-1 所 示为 开关 电源的 结构 框图 : 6 功率变换 电路 高频 变压器 输出整流滤波 电路 振荡器 脉宽调制比较器取样器 基准电压 DC DC 控制电路 前置滤波电路 AC 输入整流电路滤波电路 图 1-1
10、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。 7 第 2 章 系统各部分电路设计 2.1 开关电源电路图 设计的完整开关电源电路图如下: NTCR FU GND AC1 AC2 VSRC1C2 C5 C3C4 L1 D1 D2 D3 D4 GND +Vo GND 8 +5V GND GND GND GND
11、GND GND -5V -5V +12V -12V +24V +5V +12V+24V C6C7 C15C16 C17C18 C19C20 C21C22 C23C24 C25 C26 R1R2 R3 R8 R9 R10 R11R12R13 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 TL431 PC817 T +Vo L3 L4 L5 L6 L7 L8 C8 C9 C10 C11 C12 R4 R5 R6 R7 D14 D15 UC3844 1 2 3 4 5 6 7 8 +12V R14 C27 +5V GND C13C14 D5 L2 R15 R16 图 2-1 本 设 计 开
12、 关 电 源 电路 图 2.2 电压反馈电路设计 考虑到控制器的安全性,一般都采用光耦隔离反馈电压。为了减小光 耦合器的漂移,二次侧需要一个误差放大器,本设计采用TL431 构成误差 放大器。 对于多路输出的电源来讲,输出端的交叉调整性能是个不可忽视的问 题。若只对一路输出进行反馈,则当未检测输出端负载变化时,被检测的 9 输出端电压波动很小,但未检测的输出端电压的变化并不能完全通过变压 器耦合到反馈端,因此不能对其有效调节,导致其他输出端电压波动较大。 多路输出检测通常是把上臂检测电阻用多个并联电阻代替,分别接到 不同的输出端。每个输出端被检测的电流百分比,即表示了该输出端被调 节的程度。
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