多路输出反激式开关电源设计 - 图文(2)

南通农业职业技术学院学生毕业论文

改变开关脉冲占空比和变压器的变比可以很容易的实现大范围的电压调整。

VinC1N1GNDT1N2C2RLD1VoutPWM脉冲产生电路Q1GND

图2-1 反激变换器的拓扑结构

2.1.1工作方式选取

反激式开关电源主要有两种基本工作模式：(1)连续工作模式，简称 CCM；(2)不连续工作模式，简称 DCM。两种工作模式的电路原理图如图2-2所示。CCM 的工作原理：PWM 脉冲激励开关管导通，这时输入电压加在原边绕组上，原边电感储存能量，在下一次脉冲到来之前，变压器储存的能量没有释放完全，使得次级电流没有降到零便开始了下一个过程。DCM 的工作原理与 CCM 相比的不同点是在下一次脉冲到来之前，变压器储存的能量已经释放完全，次级电流已经降到零，下一个过程初级的电流又开始从零增加。所以 CCM的特点是高频变压器在每个开关周期，都是从非零的能量储存状态开始的。DCM的特点是储存在高频变压器中的能量在每个开关周期内都要完全释放掉，可以得出两种模式下纹波电流与峰值电流的不同关系。DCM 的开关电流从一定幅度开始，沿斜坡上升到峰值，然后又迅速回零，初级脉动电流IR与峰值电流IPK 的比例系数 KRP＜1.0。DCM 的开关电流则是从零开始上升到峰值，再迅速降到零，KRP=1.0 。利用 IR与IPK 的比例关系KRP (0～1.0) 的数值，可以定量地描述开关电源的工作模式，其中 KRP的关系如式(2-1)所示

IPKRP＜1.0IR CCM连续工作模式IPKRP=1.0

图2-2 工作模式

IRDCM不连续工作模式

2

南通农业职业技术学院学生毕业论文

KRP?IR （2-1） IPK实际上 CCM 与 DCM 之间并无严格界限，而是存在一个过渡过程。对于给定的交流输入范围，KRP值较小时对应连续的工作模式和相对较大的初级电感量，并且初级峰值电流IPK和初级有效值电流IRSM值较小,这时可选用较小功率的控制器件和较大尺寸的高频变压器来实现优化设计。反之，KRP值较大，就表示连续程度较差，初级电感量较小，而 IPK与IRSM 较大，此时采用较大功率的控制器件和尺寸较小的高频变压器。

通过查阅相关资料，采用 CCM 可比 DCM 减小功耗大约为 25%左右。对于同样的输出功率，采用 CCM 可使用功率较小的控制芯片，或者允许控制芯片工作在较低的损耗下。此外，设计成 CCM时，初级电路中的交流成分要比 DCM低，并能减小趋肤效应以及高频变压器的损耗。本设计选取 KRP＜1.0，即工作于CCM模式。

2.2 控制电路分析

在开关电源中，控制电路的主要功能是为开关管提供比率可调的驱动脉冲，从而达到稳定输出电压的目的。常用的调制方式有三种：PWM 脉宽调制、PFM 脉频调制和PWM-PFM 调宽调频混合电路。 2.2.1 PWM脉冲宽度调制

PWM 调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，使输出脉冲宽度发生变化的一种调制方式。在调制期间脉冲周期 T 是固定不变的。不论是负载电流发生变化，还是输入电压发生变化，都会引起输出电压的变化，通过反馈采样这个变化，然后经过稳压控制系统，最终使输出脉冲宽度改变，从而达到输出稳定电压的目的。脉冲宽度调制变化如图 2-3 所示，T不变，Ton发生变化，即脉冲宽度改变。

TonToff(a)(b)Ton变宽Ton变窄(c)T不变

图2-3 PWM 调节方式

3

南通农业职业技术学院学生毕业论文

2.2.2 PFM脉冲频率调制

PFM 调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，使输出脉冲周期发生变化的一种调制方式。脉冲频率调制变化如图 2-4 所示，Ton不变，即脉冲宽度不变化，而周期发生变化，即频率改变。

TonToff(a)(b)周期变小频率变高(c)周期变大频率变低

图2-4 PFM 调节方式

2.2.3 PWM-PFM脉宽脉频综合调制

PWM-PFM 脉宽脉频综合调制方式就是控制芯片根据输入电压的变化，不但使输出脉冲宽度发生变化，而且频率也同时发生变化的一种调制方式。PWM-PFM调制方式是同时改变周期 T 和导通时间 Ton两个参数来实现输出电压的稳定。PWM—PFM 兼有 PWM 和 PFM 的优点，调制过程如图 2-5 所示。

TonToff(a)Ton变化(b)T改变

图2-5 PWM-PFM 综合调节方式

本设计采用第一种 PWM 调制方式，属于 PWM 调制方式中的电流反馈模式。调制过程是当控制芯片UC3844的检测端电流在规定的范围内，UC3844输出占空比与检测端电流成反比。通过检测端电流的大小来改变占空比的大小，实现 PWM 调制，从而达到稳定电压的目的。

4

南通农业职业技术学院学生毕业论文

2.3 系统整体架构

多路输出反激式开关电源系统设计整体架构如图2-6所示，主要包括：前级保护电路、EMI 滤波电路、整流滤波电路、漏磁吸收回路、输出整流滤波电路、反馈电路、主控制电路等。

ui220V输出模块变压器及漏磁吸收回路功率开关管整流滤波快速自恢复保险输入模块前置保护EMI滤波全波整流反馈模块滤波主控制芯片TL431比较模块光耦隔离

图 2-6 系统整体架构图

工作过程分析：接入 220V 交流电 ui；经过保护电路之后；进行 EMI 电磁滤波，滤除电源接入噪声和自身噪声干扰；桥式整流为310V左右的直流电压；通过反激式主变换电路进行电压变换，主电路包括全波整流、滤波、高频变压器、漏磁吸收回路和功率开关管；经过变压器二次侧变换之后送至后级同步整流电路进行整流滤波；如输出滤波效果不明显，可增加后级滤波电路；在交流输入电压波动时，为了保证输出稳定，需要进行负反馈调节，从后级输出Uo端进行采样，采样信号送至控制电路，经过取样、比较、放大等环节产生比率可调的脉冲信号来控制开关管作出相应调整，从而使输出稳定。 3系统设计

设计的多路输出反激式开关电源原理图如附录1所示。本章基于系统设计整体

架构，根据设计电源的功能要求和性能指标，完成了变压器的设计及各部分具体电路模块分析、设计、参数计算及选取。 3.1 变压器设计

变压器的设计在开关电源的设计过程中尤为重要，电源的性能将取决于变压器

设计的合理性。如图3-1所示为变压器的设计基本流程。

5

南通农业职业技术学院学生毕业论文

确定以下数据1、输出功率2、占空比3、输入电压最小值附带计算变压器原边限流电阻值计算原边电流峰值得到Ipk确定以下数据：电源工作频率f选择变压器磁芯数据1、饱和磁通2、磁芯有效截面积3、实效磁路长度4、初始磁导率计算变压器原边电感量计算变压器气隙长度原边匝数确定输出电压计算副边匝数选取原副边绕组导线概算是否能实现绕制

图3-1变压器的设计基本流程

3.1.1 估算输出和输入功率

根据设计输出电压电流的大小，计算总的输出功率如式(3-1)所示：

PO?VO1IO1?VO2IO2?VO3IO3?VO4IO4?VO5IO5?5?1?2?15?1?3?55W (3-1) 根据输出功率和效率，计算输入功率如式(3-2)所示：

Pin?PO??55?73.33W (3-2) 75%3.1.2计算最小和最大直流输入电压及电流

交流电经过整流桥后，其最小和最大输入直流电压可由式(3-3)和(3-4)计算：

Vin(min)?AC(min)?2?40?198?2?40?240V (3-3) Vin(max)?AC(max)?2?242?2?342V (3-4)

其中(3-3)式中减去的 40V 为直流纹波及整流桥压降之和的经验值，在计算最

6

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库多路输出反激式开关电源设计 - 图文(2)在线全文阅读。