1、密 級 公 開 學(xué) 號 9 衡水學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計論文作者指導(dǎo)教師專業(yè)本科?？颇昙壵撐奶峤蝗掌谡撐拇疝q日期：張志生侯曉云電子信息工程本科2007級2011年5月18日2011年6月01日 畢業(yè)論文（設(shè)計）學(xué)術(shù)承諾本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不存在抄襲情況，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含他人或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)取得的研究成果。作者簽名： 日 期： 畢業(yè)論文（設(shè)計）使用授權(quán)的說明本人了解并遵守衡水學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定。即：學(xué)校有權(quán)保留或向有關(guān)部門送交畢業(yè)論文的

2、原件或復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨_論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文及相關(guān)資料。作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 日 期： 論文題目：正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計摘 要：電源設(shè)備用來實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是各種電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，而高頻高效小型開關(guān)電源又是開關(guān)電源發(fā)展的必然趨勢，在通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 在深入研究分析各種開關(guān)電源原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目的指標(biāo)要求，論文設(shè)計了一種單端正激式高頻多路輸出開關(guān)電源。該開關(guān)電源的特點(diǎn)是以單端正激變換器為主拓?fù)?，以TOP244YN和高頻變壓器

3、為核心，采用EMI濾波器、MOSFET、輸出濾波電路、采樣反饋通道等主要元器件和電路模塊，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定輸出。論文所設(shè)計的開關(guān)電源輸入為市電110V/220V交流，兩路輸出電壓分別為+5V和15V直流電壓，開關(guān)頻率為132KHz。 論文采用面積乘積法（AP），確定了高頻變壓器的原副邊以及鐵芯材料的選擇，設(shè)計了輸出電路、系統(tǒng)補(bǔ)償器以及啟動電路和EMI濾波電路。關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源；單端正激式；變壓器；EMI插入頁碼，五號字、Times New Roman、行距最小值12磅打印時請刪除Title：Switching Power Supply DesignAbstract: Power equipmen

4、t used to achieve the power conversion and power transmission, which is basic to the various electronic devices working normally, and the high frequency and high efficient small switching power supply is an inevitable development trend, which is used more and more in communications, military equipme

5、nt, transport facilities, instrumentation, industrial equipment, household appliances and areas. This paper designed a single-terminal forward high-frequency multi-output switching power supply under the In-depth research and analysis of various principles, and the requirements of the characteristic

6、s of switching power supply basing on the indicators of the project. The characteristics of this switching power supply is that: it achieved four stable output with the single-terminal as the main topology, with TOP244YN and high-frequency transformer as the core, using EMI filters, MOSFET, the outp

7、ut filter circuit, sampling feedback channel and other major components and circuit modules. Switching Power Supply is 110V AC or 220V AC as the main input, two output voltages are +5V and 15V DC voltage, and the switching frequency is 132KHz. With an area product method (AP), we identify the choice

8、 of the original or assistant side of the high-frequency transformer, design the output circuit, the compensator system, the start circuit and EMI filtering circuits.Keywords: high-frequency switching power supply; single-terminal forward; transformers; EMI目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 引言11.2 國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀

9、與發(fā)展方向11.2.1國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀11.2.2開關(guān)電源的發(fā)展方向11.3 論文的主要工作22 開關(guān)電源原理及設(shè)計方法32.1開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)與原理32.1.1開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)32.1.2開關(guān)電源的基本工作原理32.2 Forward正激式變換電路42.2.1主電路拓?fù)浜涂刂品绞?2.2.2電流連續(xù)時Forward變換器的工作原理62.3開關(guān)電源設(shè)計流程82.4論文設(shè)計電源的技術(shù)指標(biāo)93高頻變壓器的設(shè)計103.1變壓器的設(shè)計過程103.2變壓器繞制說明及繞制原理圖104控制單元的設(shè)計124.1TOP244YN芯片特點(diǎn)134.2引腳功能描述134.3 控制單元電路原理圖145 整流濾波

10、輸出和反饋電路的設(shè)計155.1EMI濾波器的設(shè)計155.1.1EMI濾波器的基本結(jié)構(gòu)155.1.2 EMI濾波器的設(shè)計155.2整流電路的選擇165.3電源濾波電容的確定165.4輸出級的設(shè)計165.4.1正激式濾波扼流圈的設(shè)計175.4.2輸出濾波電容的設(shè)計175.4.3假負(fù)載的設(shè)計175.5輸出反饋電路的設(shè)計186實(shí)驗(yàn)結(jié)果20結(jié) 論21參考文獻(xiàn)22致 謝23 1 緒論1.1 引言開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。1.2 國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀與發(fā)展方向1.2.1 國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀近20多年來，開關(guān)電源沿著集成化、小型化和高頻化

11、方向不斷地發(fā)展。集成化方面，PWM控制集成電路的研制成功，如MC3520，SG3524/3525、UC3842/3843/3844和TOPSwitch-GX系列產(chǎn)品等。小型化方面，1994年，美國電源集成（Power Integrations）公司率先研制成三端隔離式脈寬調(diào)制型單片開關(guān)電源（AC/DC電源變換器）；2000年，荷蘭飛利浦(Philips)公司研制成功TEA系列單片開關(guān)電源（最大輸出功率125W）；1998年到2001年期間，美國安森美（Onsemi）半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)出NCP1000，NCP1050系列單片開關(guān)電源（最大輸出功率為40W）。高頻化方面，國外已研制出開關(guān)頻率高達(dá)1

12、MHz的高速PWM、PFM（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864等。與國外開關(guān)電源技術(shù)相比，國內(nèi)起步較晚、技術(shù)相對落后。1.2.2 開關(guān)電源的發(fā)展方向 現(xiàn)代電源大致分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源兩大類，線性電源的效率低，而開關(guān)電源的效率較高。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)為功耗小、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等方面。開關(guān)電源相關(guān)技術(shù)的研究正處于迅速發(fā)展階段，以下幾個方面將是開關(guān)電源發(fā)展的方向。 小型化、薄型化、輕量化：開關(guān)電源的小型化是要盡可能減小儲能元件的體積。 高頻化：一定范圍內(nèi)，提高開關(guān)頻率，既能有效地減小儲能元件的尺寸，還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，因此高頻化是開關(guān)電源

13、的主要發(fā)展方向。 高效率：效率是電源最關(guān)鍵的指標(biāo)之一。高頻化使開關(guān)損耗顯著增加。因此軟開關(guān)技術(shù)始終是開關(guān)電源技術(shù)中重要的研究課題。 高可靠性。開關(guān)電源比線性電源使用的元器件多，可靠性降低。電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用模塊化技術(shù)來提高系統(tǒng)的可靠性。 低噪聲。開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大，單純地追求高頻化，噪聲也會隨之增大。所以，盡可能降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。開關(guān)電源被譽(yù)為高效能電源，代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)在已經(jīng)成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了高頻變壓器和控制集成電路的開關(guān)電源更具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高

14、等特性，是今后電源的發(fā)展趨勢。1.3 論文的主要工作分析單端正激式開關(guān)電源和控制芯片TOP244控制芯片的的基本原理；掌握開關(guān)電源的設(shè)計流程；設(shè)計出一個完整的開關(guān)電源電路原理圖；通過實(shí)驗(yàn)對原理圖進(jìn)行驗(yàn)證。2 開關(guān)電源原理及設(shè)計方法2.1 開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)與原理2.1.1 開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)圖2.1所示是開關(guān)電源電路的典型結(jié)構(gòu)，它主要由整流濾波電路、DCDC變換電路、開關(guān)占空比控制電路以及取樣比較電路等模塊構(gòu)成。 前級整流濾波電路用來消除來自電網(wǎng)的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散，并將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。變換器是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分，它把直流電壓變換成

15、高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。輸出整流濾波電路將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。取樣電路和開關(guān)占空比控制通過檢測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。DCDC變換器整流濾波電路電 子開 關(guān)開關(guān)占空比控制電路比 較電 路整流濾波電路取樣電路交流輸入VSVOVOR1R2VEVCVREF圖2.1 開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)2.1.2 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原理：輸入交流電(市電)首先經(jīng)過整流濾波電路形成直流VS，該直流電VS再經(jīng)過通、斷狀態(tài)。如圖2.2

16、（a）所示波形VC控制的電子開關(guān)電路后，變換成脈沖狀態(tài)交流電VO（圖2.2（b），VO再經(jīng)電感、電容等儲能元件構(gòu)成的整流濾波電路平滑后，輸出直流電VO（圖2.2（c）。顯然，輸出直流VO的大小取決于脈沖狀態(tài)交流電VO的有效值大?。ǔ烧龋?，而VO的有效值又與開關(guān)的導(dǎo)通占空比D=TON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通過取樣比較電路中的取樣電阻R1和R2對輸出電壓VO取樣，并使之與基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較，若取樣電壓高于VREF，則比較電路輸出VE減小，取樣電壓控制占空比控制電路，使TON/T下降，從而使VO下降；若取樣電壓低于VREF，則比較電路輸出VE增加，使TON/T增加，從

17、而使VO增加，這樣就可以使開關(guān)電源的輸出電壓VO穩(wěn)定在一個恒定值上。圖 2.2 開關(guān)電源工作波形2.2 Forward正激式變換電路單端正激變換器是一個隔離開關(guān)變換器，隔離型變換器的一個根本特點(diǎn)是有一個用于隔離的高頻變壓器，可用于高電壓的場合。高頻變壓器的引入，極大地增加了變換器的種類，豐富了變換器的功能。單端正激變換器拓?fù)湟云浣Y(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉而被廣泛應(yīng)用于獨(dú)立的離線式中小功率電源設(shè)計中。正激式直流變換器變壓器鐵芯的磁復(fù)位有多種方法，在輸入端接入復(fù)位繞組是最基本的方法，復(fù)位繞組也可以接至輸出端，其次還有RCD復(fù)位，LCD復(fù)位和有源箝位等磁復(fù)位方法，這里應(yīng)用具有復(fù)位繞組的Forwar

18、d變換器。2.2.1 主電路拓?fù)浜涂刂品绞紽orward變換器實(shí)際上是在降壓式BUCK變換器中插入隔離變壓器而成，圖2.3給出了Forward變換器的主電路及其波形。開關(guān)管Q按PWM方式工作，D1是輸出整流二極管，D2是續(xù)流二極管，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。變壓器有三個繞組，原邊繞組W1，副邊繞組W2，復(fù)位繞組W3，圖中繞組符號標(biāo)有“”號的一端表示該繞組的正端。D3是與復(fù)位繞組W3串聯(lián)的二極管。圖2.3 Forward 變換器的主電路及其主要波形2.2.2 電流連續(xù)時Forward變換器的工作原理圖2.4給出了變換器在不同工作模式下的等效電路圖。其工作原理可分為三種模式： 工作模

19、式10，TON 如圖2.4（a）所示，圖中加粗部分是電流流通部分，未加粗部分為斷開部分。在t=0時，開關(guān)管Q導(dǎo)通，電源電壓VIN加在原邊繞組W1上，即Vw1=Vin,故鐵芯磁化，鐵芯磁通增長： （2-1） 在此工作模式中，鐵芯磁通的增長量為： （2-2）變壓器的勵磁電流iM從0開始線性增加： （2-3） 式中，是原邊繞組的勵磁電感。那么副邊繞組上的電壓為： （2-4）式中，K12=W1/W2是原邊與副邊繞組的匝比。此時，整流二極管D1導(dǎo)通，續(xù)流二極管D2截止，濾波電感電流iLf線性增加，這與Buck變換器中Q導(dǎo)通時一樣，只是電壓為Vin/K12。 （2-5） （a）Q導(dǎo)通（b）Q關(guān)斷（c）Q關(guān)

20、斷，磁復(fù)位完成圖2.4 不同開關(guān)模式下的等效電路根據(jù)變壓器工作原理，原邊電流iW1為折算到原邊的副邊電流和勵磁電流之和，即 （2-6） 工作模式2Ton，Tr 如圖2.4（b）所示，圖中加粗部分是電流流過部分，未加粗部分是斷開部分。在Ton時刻，關(guān)斷Q,原邊繞阻與副邊繞阻中沒有電流流過，此時變壓器通過復(fù)位繞阻進(jìn)行磁復(fù)位，勵磁電流iM從復(fù)位繞阻W3經(jīng)過二極管D3回饋到輸入電源中去。那么復(fù)位繞阻上的電壓為： （2-7） 這樣，原邊繞阻和副邊繞阻上的電壓分別為： （2-8） （2-9）式中，K13=W1/W3是原邊與復(fù)位繞阻的匝比，K23=W2/W3是副邊與復(fù)位繞阻的匝比。 此時，整流管D1關(guān)斷，濾

21、波電感電流iLf通過D2續(xù)流，與Buck變換器類似。在此工作模式中，加在Q上的電壓VQ為： （2-10） 電源電壓Vin反向加在復(fù)位繞組W3上，故鐵芯去磁，鐵芯磁通減小： （2-11）鐵芯磁通的減小量為： （2-12） 式中是變壓器磁芯的去磁時間與Ts的比值，。勵磁電流iM從原邊繞組中轉(zhuǎn)移到復(fù)位繞組中，并開始線性減少。 （2-13）在Tr時刻，iW3=iM=0，變壓器完成磁復(fù)位。 工作模式3Tr，Ts 如圖2.4（c） 所示，圖中加粗部分是電流流過部分，為加粗部分為斷開部分。在此工作模式中，所有繞組中都沒有電流，它們的電壓都為0V。濾波電感電流繼續(xù)經(jīng)過續(xù)流管續(xù)流。此時開關(guān)管Q上的電壓VQ=Vi

22、n。2.3 開關(guān)電源設(shè)計流程明確所要設(shè)計電源的技術(shù)指標(biāo)選擇控制芯片及開關(guān)管，并設(shè)計控制單元電路高頻變壓器設(shè)計整流濾波電路的設(shè)計輸出級和反饋電路的設(shè)計2.4 論文設(shè)計電源的技術(shù)指標(biāo)基本要求： 輸入輸出 輸入：市電110V/220V（50Hz/60Hz）；輸出：5V/2A；15V/0.5A 工作溫度 工作頻率 132KHz3 高頻變壓器的設(shè)計正激式變壓器主要有兩個作用：第一、實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電隔離；第二、升高或降低經(jīng)脈寬調(diào)制以后的交流輸入電壓幅值。正激式變壓器除了磁芯材料本身磁化的一小部分能量外，是不能儲存能量的。3.1 變壓器的設(shè)計過程漆包線選擇：按2.5A/mm2選取，其次還要考慮高頻條件

23、下導(dǎo)線的集膚效應(yīng)（頻率越高，集膚效應(yīng)越明顯，用線越應(yīng)該細(xì)），大電流情況下，一般采用幾根導(dǎo)線并聯(lián)已達(dá)到所需導(dǎo)線平方數(shù)，這里5V輸出采用0.45的線雙線并繞的方法，其余的均采用單線繞法。 磁芯選擇：磁芯種類繁多，磁芯截面積是確定線圈匝數(shù)的重要因素，確定磁芯的Bm值為0.25-0.3T， 根據(jù)需要，選取EI28型鐵氧體磁芯，這是一種高頻導(dǎo)磁材料，主要用于高頻變壓器，其磁芯截面積Ae為0.731cm2。 線圈匝數(shù)N=Udc*T*D /2*Bm*AeUdc是原邊的直流電壓 310V Ae是截面積0.73cm2T：周期T=1/132KHz=7.6us，D：最大占空比78%輸出功率：30W，輸出電流：2A、

24、0.5A；根據(jù)U1:U2=N1:N2;I2:I1=N1:N2確定原副邊匝數(shù)比，接著計算出原邊電流參數(shù)值, 原邊電流參數(shù)值等于幾個電流之和,再確定原副邊各級線徑（按實(shí)際開關(guān)占空比計算）。 關(guān)于磁芯復(fù)位問題：在變壓器里設(shè)計與原邊匝數(shù)相同的復(fù)位繞組在開關(guān)管關(guān)斷時對磁芯進(jìn)行復(fù)位。3.2 變壓器繞制說明及繞制原理圖說明： 表中膠帶為P2聚酯膠帶（1KV，130，阻燃型）。 線包各繞組均為同向繞法，線匝數(shù)少的應(yīng)居線包中間繞制。 技術(shù)要求： 裝配完后，在磁芯周邊緊裹膠帶三層，用硬紙板填充磁芯與骨架的配合間隙。 用B級絕緣漆浸漬、烘干。 各繞組間絕緣電阻應(yīng)大于10M，在繞組與磁芯、骨架間施加500V直流電壓持

25、續(xù)一分鐘，不應(yīng)該出現(xiàn)絕緣層擊穿和飛弧現(xiàn)象。 做介電強(qiáng)度試驗(yàn)，各繞組間分別加2KV/50Hz交流電壓持續(xù)一分鐘，不應(yīng)出現(xiàn)絕緣層擊穿和飛弧現(xiàn)象。110工步層次首尾引腳線型線規(guī)繞法匝數(shù)絕緣層要求1頭1尾2QZ2，0.36單線繞法31骨架底層裹膠帶一層，層間均裹膠帶兩層。2頭2尾3QZ2，0.36單線繞法313頭4 尾5尾3QZ2，0.45單線繞法124頭7 尾6QZ2，0.45雙線并繞55頭10 尾9QZ2，0.36單線繞法126頭9 尾8QZ2，0.36單線繞法127引線刮漆，燙錫，焊引腳。圖3.1變壓器繞制原理圖及說明4 控制單元的設(shè)計由于本設(shè)計所作為原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，故采用外圍電路簡單，可靠性較

26、高的集成控制芯片TOP244YN。其內(nèi)部電路原理如下：圖4.1 TOP244YN芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)TOP244芯片極限參數(shù)如下：圖4.2 TOP244YN芯片極限參數(shù)4.1 TOP244YN芯片特點(diǎn) 輸出功率大。 完全集成的軟啟動電路降低了器件的應(yīng)力及輸出電壓過沖。 外部電路實(shí)現(xiàn)精確的流限編程。 更寬的占空比實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率，同時可以使用更小尺寸的輸入濾波電容。 具有更大占空比（DCMAX）降低特點(diǎn)的線電壓前饋抑制了工頻紋波并在高輸入電壓時限制了最大占空比。 頻率調(diào)制降低EMI及EMI濾波器成本。 132KHz頻率調(diào)制降低變壓器及電源的尺寸。4.2 引腳功能描述漏極（D）引腳：高壓功率MOSFET

27、的漏極輸出。通過內(nèi)部的開關(guān)高壓電流源提供啟動偏置電流。漏極電流的內(nèi)部流限檢測點(diǎn)?？刂疲–）引腳：誤差放大器及反饋電流的輸入腳，用于占空比控制。與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時的內(nèi)部偏置電流。也用作電源旁路和自動重啟動/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。線電壓檢測（L）引腳：（僅限Y、R或F封裝）過壓（OV）、欠壓（UV）、降低DCMAX的線電壓前饋、遠(yuǎn)程開/關(guān)和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。外部流限（X）引腳：（僅限Y、R或F封裝）外部流限調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。頻率（F）引腳：（僅限Y、R或F封裝）選擇開關(guān)頻率的輸入引腳：如果

28、連接到源極引腳則開關(guān)頻率為132KHz，連接到控制引腳則開關(guān)工作頻率為66KHz。源極（S）引腳：此引腳是功率MOSFET的源極連接點(diǎn)，用于高壓功率回路。它也是初級控制電路的公共點(diǎn)及參考點(diǎn)。4.3 控制單元電路原理圖圖4.3控制單元電路原理圖控制引腳（C）端電路的設(shè)計：控制引腳是提供供電和反饋電流的低阻抗節(jié)點(diǎn)?？刂埔_電壓VC是控制電路的供電電壓，應(yīng)在控制極及源極引腳之間就近放置一個旁路電容CS6以提供瞬時柵極驅(qū)動電流，電容取值為0.1uF/50V。連接在控制引腳的其他電阻和電容用于設(shè)定自動重啟動定時和環(huán)路補(bǔ)償。根據(jù)TOP244數(shù)據(jù)手冊給定參數(shù)將R10設(shè)定為6.8，C9設(shè)定為47uF/16V。

29、線電壓檢測引腳（L）：將電網(wǎng)整流濾波后的直流高壓經(jīng)電阻至此引腳，當(dāng)線電壓檢測引腳有電流注入時，它相當(dāng)于最大電流為+400 A（典型值）的2.6V左右的電壓源。在+400 A時，這個引腳為一個恒定的電流源。此處線電壓檢測電阻設(shè)計為2M。外部流限引腳（X）：電流從外部流限引腳流出時，它相當(dāng)于最大電流 -240 A（典型值）的1.3 V左右的電壓源，此處接至源極即可。頻率引腳（F）：連接到源極引腳則開關(guān)頻率為132KHz，連接到控制引腳則開關(guān)工作頻率為66KHz，此處選擇頻率為132KHz。5 整流濾波輸出和反饋電路的設(shè)計5.1 EMI濾波器的設(shè)計5.1.1 EMI濾波器的基本結(jié)構(gòu)濾波是抑制EMI的

30、措施之一。濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻等類型。按照濾波器的結(jié)構(gòu)可以分為T型等。本文采用如下結(jié)構(gòu)：圖5.1 EMI濾波器典型電路5.1.2 EMI濾波器的設(shè)計圖5.1的電路結(jié)構(gòu)，該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1C4。L對串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電

31、流I有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L取值450uH。 需要指出，當(dāng)額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.010.47,主要用來濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF0.1。為減小漏電流，電容量不得超過0.1，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1C4的耐壓值均為630VDC或者250VAC。C1、C2取值104/1.6KV。選擇實(shí)際可用的元件在市場中選用最近接此共模電感元件的型號。C3、C4

32、取3300pF/1KV。5.2 整流電路的選擇整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。它分為單相半波整流、單相全波整流、單相橋式整流、三相半波整流、三相橋式整流。這里選用單相橋式整流電路。 橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)部都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。鑒于對整流電路可靠性及電源電路復(fù)雜程度的考慮，選用整流橋KBL406主要參數(shù)VRRM=600V，IF(AV)=4A，工作溫度范圍符合使用要求。5.3 電源濾波電容的確定一般認(rèn)為，每1W的輸出功率大約需要5uF的容量，由于電路輸出功率為25W，實(shí)際需要大

33、約的容量，市電整流濾波后的峰值電壓為310V左右，且要保證電容有足夠的余量及耐壓值，則確定濾波電容為220/400V的電解電容。5.4 輸出級的設(shè)計輸出級對功率開關(guān)產(chǎn)生的交流開關(guān)波形進(jìn)行整流和濾波。在有變壓器隔離的拓?fù)渲?，輸出級可以工作在半波模式（單晶體管正激式），或全波模式（推挽式、半橋和全橋）本文的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為單端正激式，所以輸出電路的結(jié)構(gòu)選擇半波整流模式，如圖5.2。圖5.2 半波整流模式5.4.1 正激式濾波扼流圈的設(shè)計正激式濾波扼流圈就是正激式變壓器的每個輸出端上的濾波電感。它的作用是當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，為負(fù)載儲存能量。電氣上的作用就是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。確定所需最小電感的公式為：

34、 （5-1）式中，為對應(yīng)的輸出端上整流后的最高峰值電壓；為輸出電壓；為估計的最大輸入電壓下，開關(guān)管導(dǎo)通時間；為預(yù)先知道的輸出端上負(fù)載最小電流。根據(jù)式（5-1）可以計算出四路輸出端所用電感的最小值： 5V輸出端最小電感值 （5-2）5V輸出最小電感值取26.8。 15V輸出端最小電感值 （5-3）15V輸出端最小電感值取321.4。經(jīng)過計算兩個輸出級最大峰值電壓為37.5V，峰值電流5A左右，則輸出整流二極管選擇MBRF10A0，耐壓100V,正向壓降0.4V，最大正向電流10A，滿足使用需求。5.4.2 輸出濾波電容的設(shè)計 5V輸出端濾波電容按照5uF/W計算5V輸出端的電容最少應(yīng)該為5V2A

35、5uF/W=50uF；輸出電壓峰值約為5V/0.4=12.5V，選220uF/50V和100uF/50V鋁電解電容。 15V輸出端濾波電容按照5uF/W計算5V輸出端的電容最少應(yīng)該為15V0.5A5uF/W=37.5uF；輸出電壓峰值約為15V/0.4=37.5V，選220uF/50V和100uF/50V鋁電解電容。5.4.3 假負(fù)載的設(shè)計假負(fù)載的作用：在單端正激式電路中，副邊是不可以開路的，這是因?yàn)樵诤雎噪娐窊p耗的情況下，電源提供的能量全部由負(fù)載消耗，當(dāng)變壓器副邊開路時，副邊電流為零，電壓就會無窮大，這樣電路就無法正常工作，所以在副邊一定要加假負(fù)載。另外，假負(fù)載還起到了釋放副濾邊波電容上電荷

36、的作用。對假負(fù)載的選取一般應(yīng)使在其上流過的電流不超過5mA。因此：+5V輸出端的假負(fù)載為 （5-4）+15V輸出端的假負(fù)載為 （5-5）輸出端的假負(fù)載同+15V輸出端，也為3K。輸出級電路圖如下：圖5.3輸出級電路原理圖5.5 輸出反饋電路的設(shè)計反饋控制電路如下：圖5.4反饋控制電路原理本文采用線性光耦PC817做為光電隔離器件，DIP4封裝，CTR 80%160%。TL431是由美國德州儀器公司和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。它需要最少1mA的電流才能工作，控制IC內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓為5V，假定檢測的值是1mA/V，這樣：R15（光電隔離器LED的偏置電阻）為 實(shí)際取值150。檢測電流大約取值為1mA，這樣R14為 +5V檢測電阻R4為。6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)電路原理圖如下：圖6.1 開關(guān)電源電路原理圖表6.1測試數(shù)據(jù)功率輸出端滿載輸出電壓滿載輸出電流紋波電壓（峰峰值）+5V/2A輸出端+5.06V1.87A60mV+15V/0.5A輸出端+14.97V0.6A40mV-1