反激型开关电源电路课程设计

6、电路仿真分析和仿真结果
第二章 主电路的原理
2.1总体方案的确定
输入—EMI滤波—整流(也就一般的AC/DC类似全桥整流模块)—DC/DC模块(全桥式DC—AC—高频变压器—高频滤波器—DC)—输出。系统可以划分为变压器部分、整流滤波部分和DC-DC变换部分，以及负载部分，其中整流滤波和DC—DC变换器构成开关稳压电源。整流电路是直流稳压电路电源的组成部分。整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。直流/直流转换电路，是整个开关稳压电源的核心部分。开关稳压电源的基本原理框图如图2.1所示。
因此，最后选取个元件参数如下：
差模干扰抑制电容：Cx=0.2μF
共模干扰抑制电感：T=20mH
共模干扰抑制电容：Cy=0.1μF
3.2整流滤波电路
在整流滤波环节采取的是单相桥式不可控整流滤波电路，其电路图如图3.2所示。
图3.2单相桥式不可控整流滤波电路
根据设计要求可知交流输入电压范围为110V—330V，单相桥式整流电路中，如果接有滤波电容且有负载时，输出电压一般设计为1.2倍的输入电压，滤波电容越大输出电压越高，反之越低；而在负载开路时，输出电压为交流输入电压的峰值，即 倍的输入电压。这里我们以 倍的输入电压来计算，则 =156V—467V
为：
取实际占空比为 ，计算 的值，如下：
这里假定效率为90%，则初级平均电流 可由假定效率 ，输出总功率 及最小总线电压 算出。
一次侧峰值电流：
计算一次侧电感值：
选择所需铁芯时，使用 法：
式中 —磁芯窗口面积，单位为 ；
—磁芯截面积，单位为 ；
—磁芯工作磁感应强度，取 =0.3T；
—窗口有效使用系数，根据安全规定的要求和输出路数决定，一般为0.2～0.4，此处取0.4；
2、直流输出电压5V和12V；
3、输出电流1.5A和200mA；
4、输出纹波电压≤0.2V；
5、输入电压在±50ห้องสมุดไป่ตู้范围之间变化时，输出电压误差≤0.03V
（3）设计内容：
1、开关电源主电路的设计和参数选择
2、IGBT电流、电压额定的选择
3、开关电源驱动电路的设计
4、开关变压器设计
5、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图
图2.1开关稳压电源基本原理框图
2.2反激型电路原理
反激型电路存在电流连续和电流断续两种工作模式，值得注意的是，反激型电路工作于电流连续模式时，其变压器磁芯的利用率会显著下降，因此实际使用中，通常避免该电路工作于电流连续模式。其电路原理图如图2.2所示。
图2.2反激型电路原理图
工作过程：当S导通时，电源电流流过变压器原边， 增加，其变化为 ，
而副边由于二极管VD的作用， 为0，变压器磁心磁感应强度增加，变压器储能；当S关断时，原边电流迅速降为0，副边电流 在反激作用下迅速增大到最大值，然后开始线性减小，其变化为 ，此时原边由于开关管的关断，电流为0，变压器磁心磁感应强度减小，变压器放能。
第三章器件的设计选型以及参数计算
3.1 EMI滤波电路
—电流密度，一般取395A/cm2。
则求得的 的值为：
选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感，即确定选用CL-76。CL-76的磁芯其具体数据为：
按如下公式计算原边匝数，
即取 匝。
再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。若求出的匝数不是整数，这时应该调整某些参数，使原、副边的匝数合适。
开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是，由于开关电源工作过程中的高频率、di/ dt和高du/ dt使得电磁干扰问题非常突出。开关电源工作时，电磁干扰可分为两大类：共模干扰是载流体与大地之间的干扰，干扰大小和方向一致，存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间，主要是由du/ dt产生的，di/ dt也产生一定的共模干扰。差模干扰是载流体之间的干扰，干扰大小相等，方向相反，其存在于电源相线与中线及相线与相线之间。典型的单相EMI电路如图3.1所示。
图3.1单相EMI滤波电路
其中共模电感L1和L2采取双线并绕的方式，电感量与EMI滤波器的额定电流I有关。需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感
量，可改善低频衰减特性。Cx电容采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01μF—0.47μF，主要用来滤除差模干扰。Cy电容跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。Cy亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF—0.1μF。为减小漏电流，电容量不得超过0.1μF，并且电容器中点应与大地接通。
第一章设计的基本要求
题目：反激型开关电源电路设计
（1）注意事项：
①学生也可以选择规定题目方向外的其它开关电源电路设计。
②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计内容。
（2）主要技术数据
1、交流输入电压AC220V，波动±50%；
首先应根据以下公式计算变压器的电压比：
式中， 是开关工作时允许承受的最高电压，该电压值应低于所选开关器件的耐压值并留有一定裕量， 是输入直流电压最大值， 是变压器电压比。
根据设计要求可知交流输入电压值是220V，通过整流滤波输出的直流电压值为311V。由于有波动，输入的波动是±50%，所以 ， 取2倍的 ，故 取934 。
二极管承受的最大压降为 ，所以选取二极管型号为IN4005，其最高反向峰值电压为600V。
滤波电容选用220μF的电解电容。
3.3变压器
反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数。
设计变压器已知参数：
输入电压：
两路输出电压和电流： ， ； ，
反馈电压和电流:： ，
输出功率
开关频率
由于有两路输出和一路反馈，所以变压器变比如下：
式中： —5V的输出， —12V的输出， —20V的反馈
—原边与输出5V的匝数比。
—原边与输出12V的匝数比。
—原边与反馈20V的匝数比。
当输出电流最大、输入直流电压为最小值时开关的占空比达到最大，假设这时反激型电路刚好处于电流连续的临界工作模式，则根据下式可以计算出电路工作时的最大占空比