UC3845反激式开关电源

目录一、目的.................................................3二、内容.................................................3一．主电路工作原理及设计.................................51.1单端反激变换器工作原理................................51.2单端反激变换器的工作模式及基本关系....................51.2.1电流连续时反激式变换器的基本关系................51.2.2电流临界连续时反激式变换器的基本关系............71.2.3电流断续时反激式变换器的基本关系................81.3RCD吸收电路工作原理及设计............................81.3.1RCD吸收电路工作原理............................81.3.2RCD电路参数设计................................91.4变压器设计...........................................91.4.1确定匝比........................................91.4.2电感设计.......................................101.4.3磁芯选择.......................................111.4.4匝数设计.......................................111.4.5气隙设计.......................................121.5主电路器件的选择.....................................121.5.1功率开关管的选择...............................121.5.2副边整流二极管的选择...........................131.5.3输出滤波电容的选取.............................131.5.4钳位电路设计...................................13二．控制电路工作原理及设计..............................132.1电流控制技术原理.....................................132.2电流控制型脉宽调制器UC3845..........................142.2.1UC3845内部方框图..............................142.2.2UC3845功能介绍................................152.3基于UC3845的控制电路设计............................162.3.1开关频率计算...................................162.3.2保护电路设计...................................17三．反馈电路工作原理及设计..............................173.1反馈电路工作原理.....................................183.2反馈电路设计........................................183.2.1稳压器TL431....................................183.2.2光电耦合器.....................................193.3参数选择............................................20四．仿真验证............................................21五．总结................................................26直流隔离电源变换器设计一、目的1．熟悉逆变电路和整流电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理及探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。3．探究POWERMOSFET驱动电路的特性并进行设计和优化。4．探究隔离电源的特点，及隔离变压器的特性。二、内容设计基于脉冲变压器的DC-AC-DC变换器，指标参数如下：输入电压：90V~135V；输出电压：12V，纹波1%；输出功率：50W；开关频率：30kHz；输出电流范围：20%至满载；具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路；具有隔离功能；进行变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。直流隔离电源变换器设计摘要单端反激变换器是开关变换器的一种基本的拓扑结构，其具有重量轻、体积小、制造工艺简单、成本低、功耗小、工作电压范围宽、安全性能高等优点，因此在实际中应用比较广泛，对单端反激变换器的研究和设计具有重要意义。本次设计实验首先对反激变换器CCM和DCM工作模式下的能量传输过程及其基本关系进行了分析比较，对RCD箝位技术进行了研究，详细阐述了主电路中的高频变压器、MOSFET、输出整流二极管和滤波电容等关键参数设计准则。其次还研究了电流控制技术和基于此技术的UC3845芯片的工作原理及特点，进而设计了控制电路。本电路反馈回路采用可调式精密稳压器TL431配合光耦PC817，达到了更好的稳压效果，提高了系统的可靠性。最后对由主电路、控制电路、反馈回路构成的反激变换器闭环系统进行了详细设计，并进行了仿真验证，分析和验证了电路设计的正确性和准确性。接着根据系统原理和仿真参数，进行实际电路的搭建和调试，搭建的实际电路能够满足项目要求。一．主电路工作原理及设计1.1单端反激变换器工作原理图1-1给出了反激（Flyback）DC/DC转换器的主电路及其工作状态的电路。它是由开关管S、整流二极管D、滤波电容C和隔离变压器构成。开关管S按照PWM方式工作。变压器有两个绕组，初级绕组L1和次级绕组L2，两个绕组是紧密耦合的。使用的是普通磁材料和带有气隙的铁心。以保证在最大负载电流时铁心不饱和。图1-1单端反激变换器的主电路图在图1-1中，为Vi输入电压、Vo为输出电压、Io为输出电流、S为开关管、L1、L2为储能电感、1Li为流过电感L1的电流、2Li为流过电感L2的电流，D为续流二极管、C为输出滤波电容、LR为负载电阻。当开关管S导通时，续流二极管D承受反向偏置电压而截止，流过电感L1的电流1Li线性增加，储能电感L1将电能转换成磁能储存在电感L1中，此时，负载由输出滤波电容C供电；当开关管S断开时，电流1Li降为零，续流二极管D导通，储能电感Ll将能量通过互感传递给L2，通过L2释放能量，流过电感L2的电流2Li线性减小，在减小到Io之前，电感电流一部分给负载供电，一部分给电容充电：减小到小于Io后，电容进入放电状态，负载由电感和电容共同供电，以维持输出电压和输出电流不变。在开关管S断开期间，流过电感L2的电流2Li线性减小到零时下一个开通周期还没有到来，则会出现副边电感电流断续的状态。根据副边电感电流是否出现断续将电路的工作方式分为连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）。1.2单端反激变换器的工作模式及基本关系1.2.1电流连续时反激式变换器的基本关系(1)开关状态1（0-Ton）在t=0瞬间，开关管S导通，电源电压Ui加在变压器初级绕组W1上，此时，在次级绕组W2中的感应电压为221wiWuUW，其极性“*”端为正，是二极管D1截止，负载电流由滤波电容Cf提供。此时，变压器的次级绕组开路，只有初级绕组工作，相当于一个电感，其电感量为L1，因此初级电流pi从最小值minPI开始线性增加，其增加率为：1iUdipdtL（1-1）在ontT时，电流达到最大值maxPI。maxmin1iPPusUIIDTL（1-2）在此过程中，变压器的铁心被磁化，其磁通也线性增加。磁通的增加量为：()1iusUDTW（1-3）(2）开关状态2（Ton-Ts）在t=Ton时，开关管S关断，初级绕组开路，次级绕组的感应电动势反向，其极性“*”端为负，使二极管D1导通存储在变压器磁场中的能量通过二极管D释放，一方面给电容C充电；另一方面也向负载供电。此时只有变压器的次级绕组工作，相当于一个电感，其电感量L2。次级绕组上的电压为2wouU，次级电流si从最大值maxsI线性下降，其下降速度为：02UdisdtL（1-4）在1012iDUUUK时，电流达到最大值maxsI。maxmin2(1)ossusUIIDTL（1-5）在此过程中，变压器的铁心被磁化，其磁通也线性增加。磁通的增加量为：()2(1)ousUDTW（1-6）(3）基本关系在稳态工作时，开光导通铁心磁通的增加量()必然等于开关管关断时的减少量()，即()()，则由式（1-3）和式（1-6）可得1221..111ouuiuuUDDWUWDKD（1-7）式中，1212WKW是变压器初、次级绕组的匝数比。开关管S关断时所承受的电压为Ui和初级绕组W1中感应电动势之和，即12U1iviouUWUUWD（1-8）在电源电压Ui一定时，开关管S的电压和占空比Du有关，故必须限制最大占空比Dumax的值。二极管D承受的电压等于输出电压Uo与输入电压Ui折算到次级的电压之和，即012iDUUUK（1-9）负载电流Io就是流过二极管D1的电流平均值，即minmax1().(1)2ossuIIID（1-10）根据变压器的工作原理，下面的两个表达式成立：1min2min1max2maxpspsWIWIWIWI（1-11）由以上各式可得2max111max21112.112.ipouusisouusUWIIDWDLfUWIIDDWLf（1-12）1.2.2电流临界连续时反激式变换器的基本关系如果在临界电流连续时工作，则式（1-7）仍然成立。此时，初级绕组的电流最大值为max1.ipusUIDLf，则1max21.isusUWIDWLf，负载电流max1(1)2osuIID，故有临界连续负载电流：112(1)2.ioGouusUWIIDDLfW（1-13）在Du=0.5时，oGI达到最大值1128.ioGsUWILfW（1-14）于是（1-13）式可以写成max4(1)oGoGuuIIDD（1-15）上式就是电感电流临界连续的边界。1.2.3电流断续时反激式变换器的基本关系在电感电流断续时，oiUU不仅与占空比有关，而且还与负载电流oI有关,下面通过能量守恒进行推导。一个周期T内直流母线电压Ui提供的功率为20.5*()PPLIPT(1-16)又因(1)/PdconPIVTL,则有22[(1)]()22iiPPUTonUTonPTLTL(1-17)设变换器的效率为80%，则有输入功率=1.25*输出功率,即：221.25()2OiOPVUTonRTL(1-18)可以求得2.5ooionPRUUTTL(1-19)1.3RCD吸收电路工作原理及设计1.3.1RCD吸收电路工作原理反激变换器中隔离变压器兼起储能电感作用，变压器磁芯处于直流偏磁状态，为防止磁芯饱和，需要较大气隙，因此漏感较大，电感值相对较低。当功率开关关断时，由漏感储能引起的电流突变引起很高的关断电压尖峰，功率管导通时，电感电流变化率大，电流峰值大，CCM模式整流二极管反向恢复引起功率开关开通时高的电流