反激式开关电源课程设计

目录第一章课程设计的目的 2 第二章课程设计的要求 2 第三章主电路原理 4 第四章变压器的设计9 第五章器件选型15 第六章仿真及结果20 总电路图28 心得体会29 参考文献30第一章、课程设计的目的通过开关电源技术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

第二章、课程设计的要求1. 题目题目：反激型开关电源电路设计注意事项：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。

主要技术数据1、交流输入电压AC95~270V；2、直流输出5V，1A；3、输出纹波电压≤0.2V；4、输入电压在95~270V之间变化时，输出电压误差≤0.03V；设计内容：开关电源主电路的设计和参数选择IGBT电流、电压额定的选择开关电源驱动电路的设计开关变压器设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图电路仿真分析和仿真结果2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。

主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。

课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。

课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。

设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。

3.在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。

严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。

4.课题设计的主要内容是主电路的确定，主电路的分析说明，主电路元器件、变压器的计算和选型，以及控制电路设计。

报告最后给出所设计的完整电路图，5.课程设计用纸和格式统一课程设计用纸在学校印刷厂统一购买和装订，封面为学校统一要求。

要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。

设计报告不少于20页第三章主电路原理电源设计指标：输入电压：AC380 V；输入电压变动范围：304～456 V；输入频率：50kHz；输出电压：5 V 24V ；输出电流：1A 0.05A输出的纹波电压为≤0.2V输出电压在±20%的变化范围时，输出地电压误差为±0.3一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3.1：2i1i图3.1 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，1i 增加，其变化为11//s di dt U W =，而副边由于二极管VD 的作用，2i 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2i 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22//o di dt U W =，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。

二 EMI 滤波电路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， 如何减小产品的 EMI ，成为大家关心的重要问题。

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。

本设计用 到的电路如图3.2所示:图3.2 EMI 滤波电路三 整流滤波电路在整流滤波环节采取的是单相整流滤波电路，本电路常用于小功率的单相交流输入的场合。

目前大量普及的微机、电视机等家电产品中所采用的开关电源中，其整流电路就是如图3.3所示的单相不可控整流电路:图3.3 电容滤波的单相不可控整流电路由设计要求可知 AC 输入值是380V ， 通过整流滤波537V 的直流电压。

Uo =式中U i —整流前输入电压 U i =380VUo —整流后输出电压380537.4V Uo ===由于滤波过程的其他原因取 U i =310V 二极管承受的压降为380537.4V =四 控制芯片本设计采用UC3842芯片控制开关器件的开通与关断。

UC3842是美国Unitrode公司生产的采用峰值电流模式控制的集成PWM 控制器，专门用于构成正激型和反激型等开关电源的控制电路。

UC3842 为双列 8 脚单端输出的它激式开关电源驱动集成电路，其内部电路包括振荡器、误差放大器、电流取样比较器、PWM锁存电路、5VC基准电源、欠压锁定电路、图腾柱输出电路、输出电路等，如图3.4所示:图3.4 UC3842的内部结构(1) 5 V 基准电源：内部电源，经衰减得到 2.5 V 作为误差比较器的比较基准。

该电源还可以提供外部 5V/50 mA。

(2) 振荡器：产生方波振荡。

T 接在④、REF⑧脚之间， R VCT 接④、GND⑤之间。

频率 f=1.8/(CTRT), 最大为 500 kHz。

(3) 误差放大器：由 VFB 端输入的反馈电压和 2.5 V 做比较，误差电压 COMP 用于调节脉冲宽度。

COMP 端引出接外部 RC 网络，以改变增益和频率特性。

(4) 输出电路：图腾柱输出结构，电路 1A，驱动 MOS 管及双极型晶体管。

(5) 电流取样比较器：③脚 ISENSE 用于检测开关管电流，可以用电阻或电流互感器采样， VISENSE>1 V 时，当关闭输出脉冲，使开关管关断。

这实际上是一个过流保护电路。

开通阈值 16 V，关闭阈值 10 V，(6) 欠压锁定电路 VVLO：具有滞回特性。

(7) PWM 锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐脉冲控制。

另外，VCC 与GND之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。

(8) 图腾柱输出电路(Totem Pole)：上晶体管导通下晶体管截止，输出高电平；下晶体管导通上晶体管截止，输出低电平；上下两晶体管均截止，则输出为高阻态。

五反馈电路电压反馈电路图3.5 电压反馈电路原理图电压反馈电路如图3.5所示。

输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到UC3842的①脚，调节R1、R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。

如果输出电压Uo升高，则集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流增大，使光电耦合器输出的三极管电流增大，即UC3842①脚对地的分流变大，UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U o减小。

同样, 如果输出电压U 减小，则可通过反馈调节使之升高。

第四章 变压器的设计一、已知参数设计变压器已知参数:输入电压Uin=537V两路输出电压和电流：U o1 =5V ，I o1=1A;U o2 =24V ，I o2 =50mA 反馈电压和电流U f =20V ，I f =50mA输出功率Po 51240.05200.057.2W =⨯+⨯+⨯= 效率η=0.9 开关频率fs=50kHz三、计算首先应根据以下公式计算变压器的电压比：max maxs i ToU U k U -=式中，max s U 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，max i U 是输入直流电压最大值，T k 是变压器电压比。

由设计要求可知 AC 输入值是 380V ，通过整流滤波输出 537V 的直流电压。

由于有波动，输入的波动是±20%，所以()max 53710.2644V i U =⨯+=。

max s U 取2倍的max i U ，故max s U 取1288V 。

由于有两路输出和一路反馈，所以变压器变比如下：max max 111288644128.85s i T o U U k U --≤==max max 22128864426.824s i T o U U k U --≤==max max 33128864432.220s i T o U U k U --≤==式中：1o U —5V 的输出，2o U —24V 的输出，3o U —20V 的反馈1T k —原边与输出5V 的匝数比。

2T k —原边与输出24V 的匝数比。

3T k —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max D 为max min 0.6T o T o i k U D k U U ===+取实际占空比为0.45D =，计算T k 的值，如下：110.4553778.510.610.4550.6iT o U D k D U ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-+-+⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭220.4553717.910.610.45240.6iT o U D k D U ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-+-+⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭330.4553721.310.610.45200.6iT o U D k D U ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-+-+⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭初级平均电流av I 可由假定效率η=0.9，所需输出总功率5240.05200.057.2W o P =⨯1+⨯+⨯=及最小总线电压min i U 算出。

min 7.20.016A 0.90.8o av i P I U ===η⨯⨯537⨯一次侧峰值电流max 220.0160.053A 0.6p av I I D =⨯=⨯= 计算一次侧电感值max max 130.6145.8mH 0.053i s p D U L f I ⨯644===50⨯10⨯ 可由e w A A 法求出所需铁芯：1.1441max 10p p e w c c L I A A A B k d ⎛⎫⨯⨯==⎪ ⎪⎝⎭式中A w —磁芯窗口面积，单位为cm 2e A —磁芯截面积单位为cm 2max B —磁芯工作磁感应强度，取max B =0.3Tc k — 窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2～0.4，此处取0.4。