ac｜dc
反激式電
源ac-dc反激式電源課程設計
開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，並使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈衝寬度調製（pwm）控制igbt和mosfet構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。
目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子裝置，是當今電子資訊產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
開關電源就是採用功率半導體器件作為開關元件，通過週期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調整輸出電壓。其電路比較複雜，基本構成如圖1所示。
主要由以下5部分構成：①輸入整流濾波器：包括從交流電到輸入整流濾波器的電路；②功率功率管（vt）及高頻變壓器（t）；③控制電路（pwm調製器），含振盪器、基準電壓源、誤差放大器和pwm比較器，控制電路能產生脈寬調變訊號，其占空比受反饋電路的控制；④輸出整流濾波器；⑤反饋電路。
除此之外，還需增加偏置電路、保護電路等。其中，pwm調製器為開關電源的核心。
交流電網電壓進入輸入電路後，經輸入電路中的線路濾波器、浪湧電流控制電路以及整流電路，變換成直流電壓。其中線路濾波器及浪湧電流控制電路的主要作用是削弱由電網電源線進入的外來雜訊以及抑制浪湧電流，整流電路則完成交流到直流的變換，可分為電容輸入型和扼流圈輸入型兩大類，開關電源中通常採用電容輸入型。功率變換電路是整個開關電源的核心器件，它將直流電壓變換成高頻矩形脈衝電壓，其電路主要由開關電路和變壓器組成。
開關電路的驅動方式分為自激式和他激式兩大類；開關變壓器因是高頻工作，其鐵芯通常採用鐵氧體磁芯或非晶合金磁芯；開關電晶體通常採用開關速度高，導通和關斷時間短的電晶體，最典型的有功率電晶體（gtr）、功率場效應電晶體（mosfet）和絕緣柵型雙極電晶體（igbt）等三種。輸出電路是將高頻變壓器次級方波電壓經過高頻整流濾波電路整流成單向脈動直流，並將其平滑成設計要求的低紋波直流電壓，供給負載使用。
脈寬調變式開關電源的工作原理如圖2所示。220v交流電u首先經過整流濾波電路變成直流電壓，再由功率開關管vt斬波、高頻變壓器t降壓，得到高頻矩形波電壓，最後通過整流濾波後後的所需要的直流輸出電壓。脈寬調變器能產生頻率固定而脈衝寬度可調的驅動訊號，控制功率開關管的通、斷狀態，進而調節輸出電壓的高低，達到穩壓目的。
鋸齒波發生器用於提供始終訊號。利用取樣電阻。誤差放大器和pwm比較器形成閉環調節系統。
輸出電壓經r1、r2取樣後，送至誤差放大器的反相輸入端，與加在同相輸入端的基準電壓進行比較，得到誤差電壓，再用的幅度去控制pwm比較器輸出的脈衝寬度，最後經過功率放大和降壓式輸出電路使保持不變。為鋸齒波發生器的輸出訊號。
初始條件：
輸入交流電源：單相90v～230v，
要求完成的主要任務:
1、輸出直流電壓：12v。
2、直流輸出電流5a。
3、效率＞80%
4.紋波係數0.42.
電源輸入，即單相交流電壓。輸出為：12v直流電壓，電流5a。
交流電220v經過乙個整流濾波電路後得到直流電壓，送入dc-dc降壓斬波電路，控制電路提供控制訊號控制mosfet管的關斷，調節直流電壓的占空比，最後經過lc濾波電路得到所需電壓。通過對輸出電壓的取樣，比較和放大，調節控制脈衝的寬度，以達到穩壓輸出的目的。
開關電源原理框圖如圖3所示。
整流部分是利用具有單嚮導通性的二極體構成橋式電路來實現的；濾波部分是利用電容電感器件的儲能效應，構成lc電路來實現的；降壓部分是利用降壓斬波電路來實現，控制方式為脈寬調變控制（pwm），即在控制時對半導體開關器件的導通和關斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝,用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。本次設計的開關電源控制時首先保持主電路開關元件的恆定工作週期（），再由輸出訊號與基準訊號的差值來控制閉環反饋，以調節導通時間，最終控制輸出電壓（或電流）的穩定。
整流電路工作原理：在輸入交流電壓的正半週期，二極體d1、d4承受正向電壓導通，d2、d3承受反向電壓截至，整流輸出電壓等於輸入電壓；在輸入交流電壓的負半週期，二極體d2、d3承受正向電壓導通，二極體d1、d4承受反向電壓截至，輸出電流是輸入電流的相反數。
整流電路工作時的波形如圖5所示。
由圖5可知，經過二極體整流橋後，輸入的正弦電壓成了正的電壓，同時由於電容電感的儲能效應，整流橋輸出的電壓和電流會進一步變的平直。當然電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨於平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量達到一定值以後，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。
通常應根據負載電壓和輸出電流的大小選擇最佳電容。本電路選擇470uf電容即可。
圖5整流部分電路圖
圖6 基本降壓斬波電路
將整流後得到的直流電壓輸入降壓斬波電路通過脈寬調變控制調節輸出電壓平均值，在經過lc濾波電路是電壓穩定。脈寬調變控制型號有igbt驅動電路發出；。
本設計中電路圖如圖7所示。電路中採用兩級rl濾波電路使輸出電壓穩定。
圖7 降壓斬波電路
本設計選用tl494作為脈寬調變電路的主要晶元。其典型應用電路圖如圖8所示。
tl494是一種固定頻率脈寬調變電路，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用於單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。這是乙個固定頻率的脈衝寬度調製電路，內建了線性鋸齒波振盪器，振盪頻率可以通過外部的乙個電阻和乙個電容進行調節。輸出電容的脈衝其實是通過電容上的正極性鋸齒波電壓與另外2個控制訊號進行比較來實現。
功率輸出管q1和q2受控於或非門。當雙穩觸壓器的時鐘訊號為低電平時才會被通過，即只有在鋸齒波電壓大於控制訊號期間才會被選通。當控制訊號增大，輸出脈衝的寬度將減小。
控制訊號由積體電路外部輸入，一路送至時間死區時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區時間比較器具有120mv的輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區時間約等於鋸齒波的週期4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時，占空比為48%。當把死區時間控制輸入端接上固定的電壓，即能在輸出脈衝上產生附加的死區時間。
圖8 tl494典型電路圖
脈衝寬度調製比較器為誤差放大器調節輸出脈寬提供了乙個手段：當反饋電壓從0.5v變化到 3.
5時，輸出的脈衝寬度從被死區確定的最大導通百分比時間中下降為零。誤差放大器的輸出端常處於高電平，它與脈衝寬度調智器的反相輸入端進行「或」運算，正是這種電路結構，放大器只需最小的輸出即可支配控制電路。
照典型電路圖修改後得到本次設計的電路圖，如圖9所示。
本次課設選用美國ir公司的ir2110s晶元。用於igbt或功率mosfet驅動的整合晶元模組中，應用技術比較成熟的有東芝lp250、富士exb8系列、三菱m579系列等，但是這些模組都是單驅動，如果要驅動全橋結構的逆變電路則需要4個隔離的驅動模組，不但費用高、而且體積大。美國ir公司推出的高壓浮動驅動整合模組ir2110s是一種新型的功率mosfet或igbt驅動模組，它本身允許驅動訊號的電壓上公升率達±50 v/μs，極大地減小了功率開關器件的開關損耗。
此外，由於ir2110s採用自舉法實現高壓浮動柵極雙通道驅動，因此可以驅動500 v以內的同一相橋臂的上下兩個開關管，減小了裝置體積，節省了成本。
圖9 脈寬調變電路
ir2110s採用hvic和鎖抗干擾cmos製造工藝，雙列直插14腳封裝。具有獨立的低端和高階輸入通道；懸浮電源採用自舉電路，其高階工作電壓可達500v，dv/dt=±50v/ns，15v下靜態功耗僅116mw；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅動電壓）電壓範圍10～20v；邏輯電源電壓範圍（腳9）5～15v，可方便地與ttl，cmos電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有±5v的偏移量；工作頻率高，可達500khz；開通、關斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2a。
本次設計採用的mosfet管驅動電路如圖10所示。從tl494晶元出來的out訊號，輸入到ir2110s來驅動mosfet，最終使輸出電壓穩定在5v或12v。
圖10 mosfet的驅動電路
整個電路的總電路圖用altium designer 製作，如下圖所示
由於是單相電，所以必須使用單相變壓器，原邊額定電壓，副邊額定電壓約為，額定電流大於等於1a。
對於整流濾波電路中的四個二極體d1、d2、d3、d4，它們承受的反向最大峰值電壓為變壓器相電壓的峰值，即為；承受的正向最大峰值電壓為，流過的最大平均電流約為1a。所以我們可以選擇正向平均電流i大於1a，反向重複峰值電壓大於4.2v的電力二極體用來構成單相整流電路。
對於斬波電路中的電力二極體vd，承受的最大反向重複峰值電壓約為4v，最大正向平均電流i約為1a，所以我們可以選擇正向平均電流i大於1a，反向重複峰值電壓大於4v的電力二極體作為續流二極體。
對於斬波電路中的mosfet，漏極與源極之間承受的最大電壓約為4v，流過的最大電流值約為1a，則最大耗散功率約為4w。所以我們可以選擇最大漏極與源極之間電壓大於4v，流過最大電流大於1a，功耗大於4w的mosfet，如irf540型號。
斬波電路中的電感盡量取大，以避免電流過大，磁路飽和。
綜上所述，主電路的主要引數如下：
所用電力二極體和mosfet的導通壓降約為0.8v，電感壓降約為0.2v。
1.整流濾波電路部分：
輸入電壓：單相220v交流
輸出電壓：30v直流
電力二極體d1、d2、d3、d4引數：
正向平均電流大於1a，反向重複峰值電壓大於4v。
2.降壓斬波電路部分：
輸入電壓：4v直流
輸出電壓：5v和12v穩壓直流
電力二極體：
正向平均電流大於1a，反向重複峰值電壓大於4v
mosfet管取irf540型號。
由於加入反饋迴路，輸出電壓不再像教材中那樣有單一占空比的pwm來控制，而是由時刻變化著的pwm來控制，所以其電壓也就不能由公式來推出。
反激式開關電源總結
開關電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這裡主要談一談隔離式開關電源的拓撲形式，隔離電源按照結構形式不同，可分為兩大類 正激式和反激式。反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時，副邊導通，能量釋放到負載的工作狀態，一般常規反激式電源單管多，雙管的不常見。正激式指在變壓器原邊導通同時副...
多路輸出反激式開關電源的反饋環路設計
引言開關電源的輸出是直流輸入電壓 占空比和負載的函式。在開關電源設計中，反饋系統的設計目標是無論輸入電壓 占空比和負載如何變化，輸出電壓總在特定的範圍內，並具有良好的動態響應效能。電流模式的開關電源有連續電流模式 ccm 和不連續電流模式 dcm 兩種工作模式。連續電流模式由於有右半平面零點的作用，...
反激式變壓器開關電源的優缺點
由於反激式開關電源僅在控制開關關斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現變化時，開關電源不能立刻對輸出電壓或電流產生反應，而需要等到下個工作週期時，通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用，開關電源才開始對已經過去了的事件進行反應 即改變占空比 因此，反激式開關電源輸出電壓的瞬態控制特性相對來說比較差...