《开关电源设计》ppt课件

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1、第6章开关电源设计6.1小功率开关电源6.2大功率开关电源6.3逆变电源6.4便携式开关电源6.5多输出高精度直流电源6.6通信系统电源6.1小功率开关电源6.1.150 W电源设计本节以小型电源的设计为例，说明电源设计的方法。1．电源设计指标典型小功率电源输入、输出参数如下：　　输入电压：AC220 V；　　输入电压变动范围：190～240 V；　　输入频率：50 Hz；　　输出电压：12 V；　　输出电流：2.5 A。控制电路形式为它激式，采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性，开关频率越高，变压器、电感器的体积越小，电路的动态响

2、应也越好。但随着频率的提高，诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗等会越来越突出，而且频率越高，对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外，高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料，整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中，选定工作频率为85 kHz。2．电路结构的选择小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，电源结构简单，工作可靠，成本低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关电流小，输出纹波小，更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关稳压电源的主电路如图6-1所示。图6-1UC3842构成的单

3、端正激式开关稳压电源主电路单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。在图6-1中，开关管VT导通时VD1导通，次级绕组N2向负载供电，VD4截止，反馈电绕组N3的电流为零；VT关断时VD1截止，VD4导通，N3经电容C1滤波后向UC3842的7脚供电，同时初级绕组N1上产生的感应电动势使VD3导通并加在RC吸收回路。由于变压器中的磁场能量不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上，而是通过N3泄放，因此可达到减少发热、提高效率的目的。3．变压器和输出电感的设计依据UC3842应用方式，选用定时电阻RT=18kΩ，定时电容CT=3300pF。确定开关频率f=3

4、0 kHz，周期T=33.3μs。选电源占空比D=0.5，得ton=T×D=16.65μs(6-1)选择磁芯截面积S=1.13 cm2，磁路有效长度l=6.4 cm，μ=2000(MXO材料)，则电感系数为(6-2)变压器初级绕组匝数N1为(6-3)初级绕组电感为mH次级绕组匝数为(6-4)式中：UVD1为整流二极管VD1的压降，UL为输出电感L的压降。取UVD1+UL=0.7 V，代入式(6-4)，得N2=28匝。由式(6-2)，次级绕组电感为mH(6-5)设开关管断开时，N1两端感应电动势e=300 V；反馈绕组向UC3842的7脚提供工作电压，设电容C1上的电压UC=1

5、6 V，由N3=(UC/e)N1，得N3≈7.5，取8匝。　　变压器次级电流为矩形波，其有效值为(6-6)导线电流密度取4 A/mm2，所需绕组导线截面积为1.77/4≈0.44 mm2。同样可选择初级绕组导线，初级电流有效值为(6-7)5．反馈电路的设计电流反馈电路采用电流互感器，通过检测开关管上的电流作为采样电流，原理如图6-2所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈两路，R2上的电压反映电流瞬时值。开关管上的电流变化会使UR2变化，UR2接入UC3842的保护输入端3脚，当UR2=1 V时，UC3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节R1、R2的分压比可

6、改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期比较，属于限流式保护。输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，属于截流式保护。两种过流保护互为补充，使电源更为安全可靠。采用电流互感器采样，使控制电路与主电路隔离，同时与电阻采样相比降低了功耗，有利于提高整个电源的效率。电压反馈电路如图6-3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，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UC3842的1脚对地的分流变大，UC3842的输出脉宽相

7、应变窄，输出电压Uo减小。同样，如果输出电压Uo减小，可通过反馈调节使之升高。图6-2电流反馈电路图6-3电压反馈电路6．保护电路的设计图6-4所示为变压器过热保护电路，NTC为测变压器温度的一个负温度系数的热敏电阻。由NTC、R2、运放A1构成滞环比较器。在正常工作时，变压器温度正常，NTC的阻值较大，运放两输入端电压U+