小型开关电源设计与制作_毕业设计论文(编辑修改稿)

小型开关电源设计与制作_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

onp tVTPI  121 2 （ 2– 6）  onontV tTVN 12 （ 2– 7） ponon I tVTIV tVL11022211 2    （ 2– 8） 18 这些等式可改写为：  1221 12 VVNPI p  （ 2– 9） 111 VLIt pon  （ 2– 10） 22112 PILT p   （ 2– 11） 占空比 TtD on ,它是 RCC 设计时决定电路特性的重要参数。 开关晶体管1VT 的集电极电 流 cI 等于 1I ,因此，根据式， DIc 1 （ 2– 12） 由 图 26所示波形可知， oft 时， 1VT 的集电极与发射极间所加电压 ceV 为 DVNVVce  1 112 （ 2– 13） 图 25 晶体管电流和电 压与 D之间关系 图 26 开关晶体管的发射极 与集电极间电压 Vce 19 图 25 示改变 D时， cI 与 ceV 相对值的变化。 D较大时， cI 较小，但 ceV 较高，因此，务必选用高 耐压晶体管。 D较小时， ceV 也较低，但 cI 增大。 另外，这与变压器设计以及输出二极管和输出电容的选用也有关系。 输入最低时 D 选为 ∽ 进行参数设计是适宜的。 二、简单的 RCC方式开关稳压电源 15V/3A 的 RCC 方式开关稳压电源，它由主开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路组成。 工作原理简要说明如下： 主开关电路是保证输出电压稳定而通断的直 流电路，他是开关稳压器的重要组成部分。 对于 RCC 方式，开关晶体管的集电极电流峰值 cpi 是决定电源的输出功率之值，它由开关晶体管基极电流 Bi 与晶体管的蓄积时间 tsg 决定。 基极驱动电路与电流波形如 图 26所示。 图 26 开关晶体管的基极电流与集电极电流 20 （ a）基极驱动电路 （ b）工作波形 反馈线 图 pN 产生的正向电压，使晶体管 1VT 的基极电流按 11CR 时间常数衰减。 若 1C 两端电压达到二极管 3VD 的正向压降 FV 时，电流经 1R 和 3VD 流通。 1VT 的基极电流是这些电流的合成电流。 1VT 的 集电极电流 cI 增加到基极电流 Bi 的 FEh 倍  FEB hi  之后，在 1VT 蓄积电荷 tsg 期间， cI 还继续增加，若增加接近峰值 cpi 时， 1VT 的基极有反偏置电流，因此 ， 1VT 截止。 cpi 大小与电阻 1R 有关， 1R 越小， cpi 就越大。 若这样确定 1R 时，即输入电压升高时或输出电流下降时，有必要使基极电流不需要的分量流经其它电路。 这种电路如 图 27所示，不需要的基极电流分量流经 2VT ， 对于输入电压与输 出电流变动时，保持输出电压恒定。 此电路中 2VT 采用 PNP 型晶体管，也有采用 NPN 型晶体管，但采用 PNP型晶体管电路的过流保护电路简单。 电路中 4VD 与 2C 是供给控制 2VT 基极电流的光电耦合器的电源。 当输出电压稍升高时，光电耦合器中 LED 光量增加，光电晶体管 图 27 开关晶体管的基极 的集电极电流增大，导致 2VT 的集 电流与集电极电流 21 电极电流增大，形成使 1VT 的基极 Bi 电流减小的负反馈闭环路。 1VT 的基极电流 Bi 一旦减小，集电极峰值电流 cpi 也减小，但同时 ont 变短。 另外， ont 随着输入电压的升高与输出功率的减小而变短，因此，输入电压最高，输出功率最小时 ont 应最短。 若输入电压升高，输出电流又下降，它作为 ont 最小值的输入电压与输出电流的界限时，就不能维持正常的振荡，产 生如 图 28 所示的间歇振荡。 这样，变压器就会发出振动声响。 因此，必须有最小负载电流，若负载不能保证不开路时，可在输出端接入假负载电阻 R。 如 图 29所示，最小负载电流 消耗在此电阻 R中。 图 28 间歇振荡实例 图 29 防止间歇振荡的电路 主开关电路中还有保护开关晶体管 1VT 的保护电路。 电源接通瞬间或输出短路时，光电耦合器停止工作， 2VT 为截止状态。 为此，基极电流全部流经 1VT的基极。 当输入电压较高时，基极电流与输入电压成比例增大，晶体管集电极电流峰值也成比例增大。 因整流平滑后的直流电压变动范围为 105195V，195V 时的 集电极电流峰值时 105 时的 2倍。 这样，变压器变成饱和状态，或破坏 1VT 的安全工作区，于是就需要加过流保护电路，防止集电极电流增大。 22 图 210 是几种过流保护实例。 最常用的是 图（ a） 所示电路，采用专用的过流保护晶体管。 图（ b） 电路是用两个二极管替代晶体管电路。 图（ c） 是基极 2VT 电流控制晶体管兼有保护电路功能。 图 210 过电流保护电路实例 此例中的过流保护电路如 图 211所示，当开关晶体管 1VT 的 集电极电流增加时，若过流检测 电阻 R 两端电压与 1VT 的 beV 之和 接近 2VT 的 beV 与 2VD 的正向压降 FV 之和，则基极电流通过 2VT 分 流，从而减少 1VT 基极电 流，因此， 限制了 1VT 的集电极电流，到达保 护目的。 图 211 过电流保护电路及其工作波形 23 图 212 吸收电路及其工作波形 吸收电路的等效电路与工作波形如 图313所示，二极管 1VD 导通期间，晶体管1VT 的集电极与发射极的电压是输入电压INV 和吸收电路中电容 SC 充电电压 SV 之和。 流经二极管 1VD 的电流 Si 其峰值较大，如 图 中所示，但平均 电流小，选用 电流二极管即可，其耐压等于或大于 CBOV。 另外，由波形可知，电路中tidd 较大，因此选用噪声性良好的二极管， 图 36 中的 1VD 选 FR，与其并联的电容改善了二极管噪声特性。 图 213 输出整流波形及其工作波形 24 输出整流滤波电路是由整流二极管、电解电容和扼流圈组成。 流经二极管的电流如 图 213 所示，它与开关晶体管集电极电流相反，线性下降。 有效电流为平均电流（输出电流）的 ∽ 倍。 二极管上加的反向电压为输出电压的 2 ∽ 3倍。 此例中采用 FD 二极管。 电压检测电路是 LED 光量随输出电压的微小变化，从而控制输出电压，使其稳定的电路。 当输出电压为 8V 以下时，检测电路采用可变串联稳压器，如 图 215(a)所示，输出电压 2101 RRVV ref。 当输出电压为 8V 以上时，采用 稳压管和晶体管组合的电 路，如 图 214 （ b ） 所 示 ， 输 出 电 压  210 RRV。 图 214 电压检测电路 25 第三章 开关电源电路设计 一 、开关电源设计步骤 图 31 所示 是 RCC 的设计程序，现按程序说明如下。 图 31 RCC 设计程序 26 1． 确定电 源规格 输入电压： DC36V 输入电压变化范围： 177。 20% 输出电压： DC15V 输出电压变化范围： 177。 1% 输出功率为； 45W 2． 确定占空比 D和频率 f 设  TtonD 设最低振荡频率 KHZf 25min 。 低于 25KHZ 的频率即为音频域，回发出刺耳的拨号音。 而提供 minf 就会增大开关损耗。 RCC 在输出电流减小时频率会增高，以致达 200KHZ 以上。 这样就会因不能配合开关晶体管的工作而致损耗增加。 3. 输入直流电压 1V 的计算 1V = ～ 4． 一次电流的峰值 PI1 、圈数比 N 和一次电感 1L 的计算。 现以输出电压最低、输出电流 01I 为过流保护设定点（ 01I 的 120%）的情况进行计算。 RCC 在该点时 PI1 最大， f 最小。 设 fV =， LV =，η=，由 0V =15V 得 27 2V = 0V + LV + fV =15 + + = （ V） 变压器的输出功率 2P 因 15V 输出电流是过流检测点，为 3A ，所以 2P = 3 = （ W） 21    onP TV TPI （ A） ON 时 ONT 为： 202 1  fTT on  （μ S） 一次和二次（ 5V 线圈）圈数比 N为： ＝ VVN 一次线圈电感 1L 为： 6111  ponI TVL （ mH） 5．磁芯的选用 磁芯选用 EEC28L（ TDK） 图 32 和图 33是磁芯和绕线管的示意图。 6． 匝数 N N2 的确定 二次线圈的匝数 2N 为： 71122 10)(   mP BS mHLINN 28 S：磁芯有效截面积 2mm mB ：最大 磁通密度 3000 高斯 06 77112    mPBS LINN （ 匝 ） 一次线圈的匝数 1N 为： 14121  NNN （ 匝 ） 图 32 磁芯示意 图 图 33 绕线管示意图 表 31 磁芯尺寸（ mm） 有效截面积为 2mm A B Ф C F l 表 32 饶线管尺寸（ mm） A Ф B C 29 7. 变压器的设计 一定要检验线圈能否容入所选的磁芯。 因此要先计算出通过线圈的电流。 电流在输入电压 1V 最低和输出电流 0I 最大时最大，此时变压器的输出功率 2P为： 2P = 3= (W) ∴ 21    onP TV TPI (A) 电流波形变化如 图 34 所示 ∴ 1I 有效值 611 prms II  (A) 流入变压器 15V 线圈的电流 2I 的峰值 pI2 可按下式从输出电流 0I 求出 图 34 通过线圈的电流计算 322 02   II p (A) 有效值为：  Prms II (A) 变压器需要有供给晶体管 1VT 的基极 电流 BI 的基极线圈，因此要算出该线圈的 匝数 BN 如 图 35，即使输入电压 V1 最低时， 基极电路电压 BV 也需 ，因此 BN 为： 图 35 基极线圈的设计 30 1  V NVN BB (匝 ) 设 15feh ， 则晶体管 VT1 基极电流 BI 为：  fePB hII (A) ∴ BI 有效值 2  Bbrms II (A) 下面谈谈确定线圈用导线（漆包线）的线径问题。 缩小导线线经无疑可嵌入绕组节距，但因线圈电阻部分发热过大，可能不。