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《多路输出开关电源设计》(7)

来源:网络收集 时间:2018-11-21 下载这篇文档 手机版
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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 两两交替导通,这样就会使整流桥的输出端输出一个单向的脉动电压;最后再经滤波电容滤波就能顾得到较为平滑的直流电压。本设计选用成品的整流桥KBP210,它是由四个整流二极管塑封而成,并有四个引出端,其中为两个交流输入端,两个直流输出端。原理图如图4-3所示。

图4-3输入端整流电路

整流桥的主要参数有额定电流有效值IBR (A),反向击穿电压VBR (V),正向压降VF(V),以及初级纹波电流IR(mA),平均整流电流Id(A)等。

根据相关文献,整流桥的参数VBR应该符合以下方程式[32]:

VBR?1.25?2?VAC?max?

本设计的开关电源最大输入交流电压为265V,根据公式(4-16)有:

公式(4-16)

VBR?1.25?2?265?468.46,那么可以得出在设计过程中应该选择耐压值大于等于468V

的整流桥。对于整流桥的电流额定数值,则要求IBR?2?Iave,Iave为平均输入电流,那么就有:

Iave?P0 ??Vin min公式(4-17)

其中P0为50W,效率η取0.85,Vinmin为193.35V带入式(4-17)则有:

Iave?50?0.304A,因此应该选则电流额定数值大于0.6A的整流桥。根据计算

0.85?193.35结果并考虑要留有一定裕量的原则,本设计选取了KBP210,其电流额定值为2A,最大反向电压为1000V。

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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 4.4 反馈电路设计

为了使关电源变换器能够在外接的各种负载、内部电路参数或输入电压值发生变化时及时的调节占空比的大小,那么就需要对输出的变量采用反馈控制的方式。本次设计使用PWM脉冲宽度调制的方式来保证输出电压的稳定。这种调制方式分为电流型控制方式和电压型控制方式[33]。

4.4.1电压反馈控制方式和电流反馈控制方式比较

电压型反馈控制方式的电路结构较简单,它仅有一条控制环路,并且抗干扰能力较强。但是这种反馈控制方式对输入电压变化的动态响应较慢,在输入电压或负载电流发生变化的时候,它必须等到负载电压也发生相应变化时才能响应,这种等待或者说延迟特性会对变换器的稳压性能产生比较大的影响[34]。

电流型控制方式相对于电压控制方式来说具有更好的电压调整率和负载调整率,这种反馈控制方式对负载变化和输入电压的动态响应比较迅速,易实现过流或 限流保护,这样使系统的稳定性和动态性有显著提高。单端反激式开关电源在开关管导通的时候,电感电流的变化率比较大,所以使用电流型反馈控制方式更有优势。 4.4.2电流型反馈控制方式的电路设计

伴随着电源技术的飞速发展,使得开关电源的反馈控制电路结构多种多样,但就目前的市场环境来看,开关电源绝大部分都是使用光电耦合器和精密稳压管彼此配合着进行工作的方式。大体的工作过程是:主输出电压传导向精密稳压管,然后同基准电压进行比较,再将比较后的误差放大,最后输入到光电耦合器的机内发光二极管的阴极,发光耦合器发光的强度随着比较端输入电压的大小变化而变化;光电耦合器内部有一个三极管,这个三极管的导通电流跟着感光部分得到的基极电流大小变化而发生改变,从而来控制电流模式的PWM控制器,以此来保持输出电压的稳定[35]。本设计的反馈控制方式采用的是光耦EL817元件和三端可调分流基准源TL413元件彼此配合的脉冲宽度调制型电流调节方式。经过参考、隔离、取样和放大过程,共同组成负反馈环路。电路设计如4-4图所示。

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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文)

图4-4反馈电路

此过程的控制原理:本设计选择5V输出电路的输出绕组作为反馈绕组。在电源正常工作过程中,反馈绕组上的电压经由分压电阻R4和R5分压以后和TL431稳压器的2.5V基 准电压进行比较,在阴极上会产生一个误差电压,此电压经由光电耦合器内部的运算放大电路然后去改变TOP223P芯片控制端引脚C控制极的电流Ic的值。从TOP223P芯片控制端流入的电流,当超过芯片内部消耗的电流时会在电阻上产生一个误差反馈信号;通过RC滤波电路滤波之后的误差信号会同TOP223P芯片内部振荡器产生的锯齿波信号进行比较,比较以后会产生一个占空比的波形。内部电路根据这个占空比的波形来调节功率开关管(MOSFET)在一个工作周期内的关断时间和导通时间的比率,由此来达到稳定电压的目的。其过程简述为:反馈电压升高使Ic增大→占空比减小→输出电压减小;反馈电压减小→Ic值下降→占空比增加→输出电压升高。

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青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 4.5 次级输出滤波电路和稳压电路设计

4.5.1输出整流管的选择

当选择输出整流管的时候应该尽量选择使用肖特基二极管,因为这类二极管的一些特性,如压降低,损耗较小的特点能够提升电源的效率。但它的最高反向工作电压一般低于100V,所以仅仅适合应用在低压、大电流的环境中。

图 4-5整流滤波电路

在对整流二极管进行选择时,应该满足下面的条件:

(1)管子上的最高反向工作电压VRM和绕组上最大峰值反向电压PIVs的关系式

VRM?1.25PIVs

公式(4-18)

下式定义了绕组上的最大峰值反向电压PIVs:

PIV?V0?Vinmax?NS NP公式(4-19)

(2)输出端绕组的输出电流数值同二极管的直流电流额定值ID的关系需要满足以下列方程式:

ID?3I0

对于输出电压为5V,12V的绕组,计算它们的最大峰值反向电压数值:

公式(4-20)

3??PIVS1?1.25??5?375???35.5V

48??29

青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(论文) 7??PIVS1?1.25??12?375???85.4V

48??输出电流值分别为0.5A, 2A的绕组,二极管的额定电流数值为:

ID5?3I0?3?2?6A ID6?3I0?3?0.2?0.6A

根据2.2节的开关电源设计指标要求,N1和N2次级绕组的输出整流二极管选择使用超快速恢复二极管UF5400,这种二极管的额定电流的数值是2A,最大峰值反向电压是200V,其。

4.5.2输出电容的选择

如果在输出整流电路的后面并联电容,那么就可以有效抑制电路纹波的产生。这种设计要求选择使用的电解电容必须具有较低的等 效串联电阻ESR,并且电容的耐压值也要求的较高[36]。在选择时应该考虑如下关系:

(1)电容的额定电压值要满足下式:

VC?1.2?Vomax

Vripple?max?Isp

公式(4-21)

(2)要求选用的电容应该有较低的等效串联阻抗ESR,数值要求不大于ESRmax:

ESRmax?

公式(4-22)

Vripple?max?是设计指标中确定的最大输出电压纹波值,在这里取为1%V0。

(3)电容C的绝对最小电容大小如下所示,其中输出整流二极管的导通时间是Tdon:

Cmin?1?Isp???Tdon??fs? ?Vripple?max?公式(4-23)

(4)确定输出电流的额定纹波电流值IC应大于计算的输出电容纹波电流Irac。

Irac?Isrms2?I02

公式(4-24)

经过以上的计算过程,可以确定两输出绕组需要使用的电解电容的参数值,依据这些参数就能够选择合适的电容。两个次级绕组中的E3~E8选取220μF/35V的电容。 4.5.3输出端LC滤波电路的设计

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