電源開關(guān)電子教學(xué)論文

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一、探索在教學(xué)中自主合作性的電氣教學(xué)

（一）主功率電路的電源開關(guān)設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)電源的技術(shù)指標(biāo)如下：開關(guān)的頻率為5OHz±5%，效率大于85%，預(yù)定的最大占空比為Dmax=40%，輸入電壓Vin-=48（±20%），其中Vimin=43.2v，Vimax=52.8v，由此，可以算出:T=20us，Tonmax=8us，負(fù)載在10%至100%之間改變時(shí)，電壓的調(diào)整率小于5%，輸出功率為25瓦，允許的過載率為3%，輸出電壓的精度為正負(fù)0.5V，滿載輸出時(shí)，功率的因數(shù)大于0.99，紋波率小于等于1%。在解決問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出主功率電路的各個(gè)參數(shù)。此設(shè)計(jì)選定單端反激式變換器為主功率電路拓?fù)洌捎肈CM模式工作。這次設(shè)計(jì)的高頻變壓器的繞組為一次側(cè)初級(jí)繞組，初級(jí)匝數(shù)比為8，在最里層繞制，占空比的52%（保留12%裕度），當(dāng)初級(jí)繞組后，必須使用絕緣膠帶包好，副邊的繞組最大功率地須貼近初級(jí)，使用分兩層繞，每層兩股，輔助輸出須加減15V繞組、主輸出±5V繞組以及供電給uC3842控制芯片的+12V饋電繞組。因?yàn)楦哳l變壓器需要留有空隙，絕緣帶須均勻地繞在磁芯兩邊，以防止磁飽和增加電感量。選擇MOS開關(guān)IRF640為功率開關(guān)，RIF640J就是第三代powerMOSFETs，其漏極的額定電流為18安培，導(dǎo)通時(shí)的電阻為0.15，耐壓值為200伏特，優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固耐用、降低導(dǎo)通阻抗、轉(zhuǎn)換快速。為了保證MOS管的關(guān)斷可靠，這次設(shè)計(jì)中還加入了一個(gè)R15作為下拉電阻，其組值為20K、IN474，中功率穩(wěn)壓值為18V的直插式穩(wěn)壓二極管。這次的設(shè)計(jì)為了避免開關(guān)管承受峰值電壓過大而損壞，采用了與變壓器原邊并聯(lián)的RCD緩沖器吸收電路中的由尖峰電壓帶來的能量。經(jīng)計(jì)算后，C=1.2nF，R=1，8K，UF4007二極管，VR=200V，Iav=1A。濾波電容使用CBB1044和100F/63V、22100F/63F一起構(gòu)成的輸入端濾波電路，去消除整流輸出中的電壓紋波，使用CBB1044可以使直流電壓更平穩(wěn)，濾除高頻分量。本設(shè)計(jì)中針對反激式開關(guān)電源中低壓大的特點(diǎn)選用+5V的輸出整流二極管RS560，VR=60V，IF=5A；整流二極管SR160，VR=60V，IF=1A。輸出的紋波電壓與反激式開關(guān)的電源輸出之間關(guān)系密切，為了令+5V紋波電壓＜50mV，+15V時(shí)候的紋波電壓＜150mV，就要使濾波電路紋波率＜1%，所以選用了π型的濾波器；控制芯片uC3842的供電由12V濾波電路輸入。

（二）上切換電路設(shè)計(jì)中的電源開關(guān)設(shè)計(jì)

為了使反激式電源開關(guān)保持高效率，需在分壓限流電阻和控制芯片中間加入電切換電路。此設(shè)計(jì)可以使電源工作正常時(shí)，分壓供電電阻不會(huì)一直維持在高耗能狀態(tài)。

（三）U1.3842電源開關(guān)的電路外圍設(shè)計(jì)

采用U1.3842的電流型脈寬調(diào)制器控制芯片，并利用高頻變壓器與電網(wǎng)隔離。這種組合控制器外圍的電路比較簡單，工作頻率可高達(dá)500KHz，電壓的調(diào)整率可達(dá)到0.01%，啟動(dòng)時(shí)的電流小于1毫安，工作電流為5毫安，是性能非常好的電流控制型的脈寬調(diào)制型芯片，而且該調(diào)制器管腳數(shù)量少，屬于單端輸出。計(jì)算出的工作頻率為48.8KHz，根據(jù)時(shí)鐘震蕩電路中CT=4.7Nf，RT-7.5K，實(shí)驗(yàn)中功率留取一半作為余量，選用4個(gè)規(guī)格為0.25W、1.2的電阻并聯(lián)為采樣電阻，電容為3.9K。濾波及采樣電路中，檢流器件選用電阻。

（四）反饋電路的電源開關(guān)設(shè)計(jì)

電源開關(guān)的反饋電路設(shè)計(jì)非常重要，現(xiàn)在大多反激式開關(guān)設(shè)計(jì)都是用光耦PC817和TL431之間的電氣隔離，實(shí)現(xiàn)反饋電壓信號(hào)和控制芯片功能，但這樣的電路電壓輸出的調(diào)整范圍非常小，而筆者則拓展了這一范圍。通過在以前的反饋電路光耦輸出位置增加恒流源電路，使之吸收2mA的電流，便可實(shí)現(xiàn)分流總電流的目的，由此擴(kuò)大光耦PC817的輸出電流范圍，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍也就變大了，因?yàn)樵俳?jīng)過信號(hào)LM358的放大，其中的誤差也被放大，這樣就因錯(cuò)誤過大而失去了意義。所以恒流源電路直接設(shè)計(jì)在了UC3842的1腳上，就不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤被放大導(dǎo)致控制精度的下降。也減少了反饋信號(hào)的輸出時(shí)間，使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快。經(jīng)過改動(dòng)后的電路調(diào)節(jié)范圍比原有設(shè)計(jì)擴(kuò)大了23%，使拓寬光耦的電流有效輸入范圍增大，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍增大。

二、總結(jié)

根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，變壓器的初級(jí)電流波形為I（P），次級(jí)的電流波形為1（m），原邊電感與數(shù)個(gè)電容之間形成23%的震蕩，使關(guān)閉開關(guān)管有震蕩現(xiàn)象發(fā)生。所以這個(gè)位置的二極管必須使用結(jié)電容小的二極管。根據(jù)仿真圖1，當(dāng)V3大于V2時(shí)，輔助電線圈電壓高于門限電壓（LM393門），系統(tǒng)將改換為+12V，這時(shí)電源的性能好于傳統(tǒng)方式，雖然電源的元件比較多、成本會(huì)提升，但線圈為控制芯片供電，負(fù)載條件差、精度要求高，這樣的條件下是特別適合的。

作者：杜芳艷單位：陜西省神木職教中心