开关电源设计实例和开关电源调试基础

V ds
is
icmax
Vds
iD1 im ip
t0 t 1 t2 t3 t4 t5
ip
Fig.2 Flyback Converter Equivalent Model and Main Waveforms
L kp Lm
L kp Lm
L kp Lm
+ im
+ im
+ im
Vm
Vo
V in Sw
V in
二、调试过程
• 1.搭建电路，并仔细检查电路； • 2.调试控制芯片，观察各个管脚输出，确 保控制电路工作正常； • 3.绕制变压器； • 4.主电路上电前调压器输出电压为零，上 电后注意用示波器观察变压器二次侧输 出电压是否正常； • 上主电路必须两人同时在场。
主电路上电还要注意
• 1.控制芯片先用稳压器供电，只有在直流 稳压器供电主电路正常工作后，再设计 辅助绕组供电给控制芯片工作。 • 2.主电路上电时输出一定不能空载。
• 爱护实验室设备，保证实验设备和人身 安全；爱护实验材料，不要浪费。 • 不允许实验室打闹； • 最好不要在实验室吃东西，垃圾自己带 走； • 实验做好后要整理自己的实验桌和地面， 仪器收齐并摆放整齐。并且通知老师自 己的实验已经结束。
0.100mH
Lp Ls2 Ls1
变压器同名端判别方法
• 1.绕制时，饶线方向相同的端为同名端 • 2.对于制作好的变压器通过测量确定同名端： 先测量各绕组的励磁电感大小，假设分别为 L1,L2;任意短接两个绕组引出线。如图，若测 得L3大于L1＋L2 ，则相连的两端为异名端， L3 均小于L1、L2 ，则为同名端相连。
减小变压器漏感的方法
• 1.选择磁芯中柱长的变压器磁心 • 2.减少绕组匝数，效果最明显。对正激式 变压器来说，工作磁感应密度将增加， 更容易饱和，对反激式来说，匝数减小， 相同的气隙下，励磁电感减小，更不容 易饱和，但峰值电流相应增加。 • 3.一二次耦合尽量紧密。
测量变压器漏感的方法
• 测量某一绕组漏感时，将其余绕组均短 路，此时测得的某绕组的电感量就是漏 感。 TX
C9 + 1000 u/25V
4
2
BRIDGE1 C2 C1 100 uF/450V 100nF/630V
C10 220 n
1 2
D1 FR107
3
D2 IN4148 + C4 100uF/50V C5 220nF + C6 100 uF/50V
D3 IN4148 R8 1K R9 510
TLP521 -1
TX1
TX1
L1
L2 L3
• 滤波电容的确定：
滤波电容的阻抗xc：xc ≤ 2 2 ∆U ∆I
∧
由于输出电压中含有高频分量，因此输出滤波电容应采取 高频电解电容，该电容的等效串联电感和电阻比较小因此 滤波效果比较好。实用中多采用多个小的电解电容并联， 以减小等效串联电感和等效串联电阻。
反激式缓冲电路的设计（POWERLAND 谢小高 博士提供资料）
***估算变压器漏感Lleak的方法
Lleak K1Lmt N x bw = (Tins + ) 100W1 3
K1 : 简单绕组取1，若二次绕组 交错绕在一次绕组两层间取0.85 Lmt：饶线在骨架上平均每匝的长度 N x：绕组匝数 W1 : 绕组厚度，单位英寸 Tins：饶线绝缘厚度，单位英寸 bw：制作好的变压器的所有绕组的厚度
光耦的选用
• 光耦的作用是实现输入端与输出端的电气隔离 （输入电压大于40V时，输入输出必须隔离） • 利用光耦构成光耦反馈电路，通过调节控制端 的电流来改变占空比，达到稳定输出电压目的。 • 光耦的一个重要参数是电流传输比
IC CTR = × 100% IF
• 光耦的电流传输比范围一般在20％～300％ • 一般将光耦分为线性和非线性光耦两种。
R11 5.1K
C U5
F1 FUSE2
B TL 431 A R612 4.7K
CT 330p
二、控制电路的设计
• • • • 分压电路的选择； √ 光耦的选用√ TL431的用法√ 电流采样电阻的设计√
分压电阻的选用
• 一般在0.5kΩ~几十k Ω范围内。 • 太小功率损耗大，太大容易接收干扰， 影响电路工作 • 这一参数也会影响到调节器参数的设计
Q=C Vc = Vc Vc t
Vc Rr
Ts
but Ploss-Rr decreses • Io increases, Vc inscreses
• Cr just affects ripple voltage
value of Vc
Vc =
2 n ⋅ Vo + (n ⋅ Vo ) 2 + 2 I pk ⋅ Lkp ⋅ Rr ⋅ f s
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电流采样电阻的设计
•对于UC3842和UC3844系列芯片来讲，当电流 采样输入端电压大于1V时，将会关断PWM输出 以便实现对系统的过流保护。 •一般在最大峰值电流时该电阻上的压降选择为 0.7V左右。因此这个电阻对于输入电压范围有影 响。如果电路正常工作的电压过低，可以考虑增 加该电阻。但是增加该电阻后，将使得高输入电 压时输出不稳定，出现脉冲时断时续的状态。
第一部分 开关电源设计
磁芯的窗口面 积合适吗？
确定输入电压变 化范围及其频率， 功率和效率
确定输入滤波电 容C以及直流电 压变化范围
确定最大占空比 选取每组合适 的整流二极管 决定输出 电容大小
max
确定变压器原边 电感量Lm
选取合适的磁芯 以及最小原边匝 数
设计RCD缓冲 器参数？
计算每组输出的 匝数
Lk Tr Do Vo
+
Vin
+
Da
S1
Conventional Flyback Converter with RCD-Snubber
R Load
Rr
Cr
Co
+
Rr ir
L kp Cr + Vc D1 i D1 Sw Lm + im Vm Do L ks iks Vo
Vin+V c V in+Vo
+ im
Vm Do Lks
Vo
Rr ir
Vds
iks
(d) t2-t3
(1) Snubber Voltage Vc (Selection of snubber resistor Rr and snubber capacitor Cr
Icmax Ic
Q=1/2 Icmax
t
• Lkp increases, Vc inscreses • Rr increases, Vc inscreses,
D5 MUR860
C 9 1000 u /25 V
+
C10 220 n
1 2
R8 1K R9 510
TLP521 -1
C12 100 n N833 R10 20K C13 100 p
R11 5.1 K
C U5
B TL 431 A
这里的R9的选取就是保证TL431的工作电流大于1mA。在这 里R8的供电电流不到1mA,因此还必须增加R9。如果换用其他 光耦，R8的值选择得使流过TL431的电流大于1mA,则不需要R9
波形存取注意事项
• 示波器一定要通过隔离变压器供电； • 示波器两路探头同时测量两组电压时， 特别要注意只有共参考地的两组电压才 可同时测量，否则会在探头之间引入电 压差而导致探头过热烧毁；因此示波器 测量两组电压时，其中一个探头的夹子 要悬空不和电路任意点相连。 • 注意波形保存成BMP格式。
特别注意事项
2
第二部分 开关电源调试基础
• • • • 一、需要的仪器设备及其用途 二、调试过程 三、波形存取 四、设计过程总结
一、开关电源调试的基本设备
• 工频交流调压器一台，提供可变大小交流电压。 • 隔离变压器一台，用于示波器和调试电路的电 气隔离用。 • 多路可调输出稳压电源一台，用于给控制芯片 供电； • 示波器一台，用于观察各节点电压波形； • 数字万用表一台； • 电感测试仪一台； • 电烙铁等其它小工具。
反馈电路的环 路增益？
决定导体的线径
电流型控制反激式变换器的设计流程
一、 电流控制模式下两路输出26瓦反 激式变换器设计实例
• • • • • • 设计要求 输入电压85V～265V 输出电压5V/4A,12V/0.5A,效率75% 纹波不大于± 5％ 稳压精度± 5％ 采用的控制模式为电流控制模式
RT 14.6K
R3 COMP Vfb Isense RT/CT UC3844 Vref 2K Vcc Output GND R5 680 C7 220n D4 IN4746 C8 1000 p R6 2K R7 1/1w R4 5.1 d g s Q1 UFN833
C12 100n R10 20K C13 100p
7.确定线径
8.确定输出整流二极管
9.确定输出滤波电容
10.设计缓冲电路
10.设计补偿参数
11.设计结果
利用UC3842设计的电流型控制的单路输出 反激式变换器电路图
R13 20 C11 1n D5 MUR860
1
R1 100kΩ/3W +
R2 47K/2W
C3 3000 pF/600 V
第七节 开关电源设计软 件以及开关电源调试基础
浙江大学电气工程学院 应用电子学系 二零零六年五月
开关电源设计和调试
• 1. 第一步 电路拓扑和参数选择√ • 2.控制电路设计，重点为控制系统设计√ • • • • • 3.仿真设计√ 4.PCB版绘制(自学）或者通用板电路 5.热设计和结构设计√ 6.电磁兼容设计 7.开关电源调试基础
TLP521线性光耦
PC817线性光耦
线性光耦适合传输模拟电压和电流信号，使输 入与输出之间呈线性关系。
4N25非线性光耦
非线性光耦呈开关特性，线性度差，CTR值不可控， 适合传输数字信号，如要用于开关电源中，必须采用 两个光耦使输入输出呈线性。
D5 MUR860
C 9 1000 u/25V
+
C10 220 n
1 2
R8 1K R9 510
TLP521 -1
C12
R11 5 1K
这里的R8的选取就是保证光耦工作在线性区范围。同一个 电路，采用不同的线性光耦时，要根据光耦的线性区范围和 电流传输比的值改变该电阻值
TL431精密稳压电源工作特点
• TL431是一个内部具有温度补偿的电压参 考源和一个放大器的三端精密稳压器件。 • 至少需要1mA的连续电流流入输出引脚。
1.确定输入输出功率
注意：对于多路输出，每路 输出占总输出功率的比例系 数用KL(n)表示。电压采样时 最大KL(n)的那路或者按照比 例进行采样。
2.确定输入滤波电容C的大小和 确定输入直流电压变化范围
3.确定最大占空比Dmax
4.确定变压器原边电感量Lm
5.确定变压器磁芯
6.确定各绕组匝数
V in
Lks
iks
Vds
Vds
ip
ip
ip
(a) 0-DT
(b) t0-t1
(c) t1-t2
Fig.3 Operation Models
L kp Cr + Vc D1 i D1 Lm Vm + im Lks Vo Do iks
ip V in Rr ir L kp Cr + Vc D1 i D1 Lm Vm + im L ks Vo Do iks