第5章 开关电源的设计精选文档.ppt

第5章 开关电源的设计本讲稿第一页，共二十二页5.1隔离型开关电源隔离型开关电源本讲稿第二页，共二十二页5.1隔离型开关电源隔离型开关电源隔离变压器初、次级绕组的极性相反。若晶体管VT导通，初级绕组中有电流流通，这时，变压器次级绕组中接的整流二极管为反偏置而截止，没有电流流通。也就是说，这时变压器等同于单绕组的电感线圈，电流在变压器中蓄积能量。若晶体管VT截止，变压器的各绕组电压极性变反。这时，次级侧二极管VD1为正偏置，所以有电流流通。电流流经平滑电容而形成输出电压 本讲稿第三页，共二十二页5.1隔离型开关电源隔离型开关电源隔离型开关电源电路 本讲稿第四页，共二十二页5.1隔离型开关电源隔离型开关电源输入交流电压为85276V，适应国际电压范围，输出2A/36V。使电压稳定的检测电压不是取自输出电压，而是从控制回路用辅助电源绕组上获取，获取的电压基本上与输出电压成比例 输出电压与辅助绕组电压 本讲稿第五页，共二十二页UC3854的管脚配置与内部框图 UC3854的8脚加的是输入电压经整流后的直流电压，这种前馈对宽电压范围输入调整非常有效。当输入电压变化时，调整晶体管的通/断占空比，使输出电压基本上保持不变，在UC3854的乘法器输入信号，可以实现控制范围。本讲稿第六页，共二十二页5.2变压器设计的一般方法变压器设计的一般方法在对开关电源变压器进行设计时，应该给定如下的基本条件：1、电路形式2、工作频率（或者周期）：电源的工作频 率设为60kHz，由UC3854的12脚和14脚 的外接电阻R和电容C确定 3、输入电压和电流值本讲稿第七页，共二十二页5.3二极管的选择二极管的选择开关电源的输入电压是市电直流整流的，若开关电源允许的输入电压波动范围为25，则输入电压最大值为275V，其峰值为275 V，开关电源在工作时，变压器初级两端通常是高频信号，该电压与输入电压叠加时，当相位一致时，是数值上的相加，所以加在开关管上的最大电压为开关电源的输入电压与变压器初级两端之和。再加上开关管截止时浪涌电压和变压漏感蓄积能量产生的反电势，因此，VT1要选用耐压800V以上的晶体管。本讲稿第八页，共二十二页开关管峰值电流0.9 1.3(A)。若开关管的各开关周期的电流增加50%，则漏极最大电流约为2A。这里VTl选用2SKl692的 =900V，漏极电流为7A（直）以及21A（脉冲电流），有充分的裕量。当晶体管导通时，二极管加反向压，输入电压最高时反电向压最大，因此 考虑到裕量，选用400V的D4L40二极管。本讲稿第九页，共二十二页5.4功率晶体管的选择功率晶体管的选择选择开关管时，两个基本参数必须注意：1、晶体管截止时的耐压。2、开关管在导通时所能承受的电流值这两个参数的选择是由开关电源的类型决定的。本讲稿第十页，共二十二页5.4.1单端反激式变换器电路中开关晶体管选择单端反激式变换器电路中开关晶体管选择隔离单端反激式变换器电路 本讲稿第十一页，共二十二页为了限制开关管的集电极电压，工作占空比值应取低一些，一般应低于50，即 0.5。实际应用中一般取0.4左右这样就限制了集电极峰值电压，使 2.2。因此，在单端反激变换器电路设计中，开关管一般情况下选 为800V以上，通常按900V计算就可以安全可靠地工作。开关管饱和时的集电极电流可按下式计算式中 I变压器二次绕组的峰值电流；n变压器一、二次绕组匝数比。本讲稿第十二页，共二十二页5.4.2推挽式变换器电路中开关晶体管的选推挽式变换器电路中开关晶体管的选择择推挽式变换器电路是由两个单端正激变换器电路构成。工作时两个功率功率管交替导通或者截止。这种电路的特点是：由于功率开关器件发射极是共地的，所以基极驱动电路无需隔离，使驱动电路简化；使用两个功率开关器件可以获得较大的功率输出；功率开关器件耐压应该大于2 。本讲稿第十三页，共二十二页推挽式变换器电路 本讲稿第十四页，共二十二页半桥式变换器电路 本讲稿第十五页，共二十二页变压器的一次侧在整个周期中都流过电流，磁芯得到充分利用，对功率开关管的耐压要求较低，决不会超过线路峰值电压。与推挽式电路相比，若输出相同的功率，则开关晶体管必须流过2倍的电流。在半桥式DC/DC变换器电路中，因为变压器工作电压降到12，为了获得相同的功率，晶体管的工作电流将加倍。本讲稿第十六页，共二十二页5.5功率晶体管的保护电路设计功率晶体管的保护电路设计功率晶体管的保护有抗饱和、二次击穿等问题1、双极型晶体管正偏压的二次击穿、双极型晶体管正偏压的二次击穿 双极型晶体管安全工作区 本讲稿第十七页，共二十二页正向偏压二次击穿的一种新防止方法是：在制造晶体管时增加发射极平衡技术，使用这种技术制造的晶体管，可以工作在它本身允许的最大功率和最大集电极电压的条件下，而不必担心会产生二次击穿。本讲稿第十八页，共二十二页2、反馈压的二次击穿、反馈压的二次击穿当晶体管用作开关元件使用时，存储时间和开关损耗是两当晶体管用作开关元件使用时，存储时间和开关损耗是两个很重要的参数。如果不能有效地减小存储时间，变压器个很重要的参数。如果不能有效地减小存储时间，变压器就会产生饱和，而且开关电源的调整范围也会受到限制。就会产生饱和，而且开关电源的调整范围也会受到限制。同时，对开关损耗也必须进行控制，因为它影响着整个电同时，对开关损耗也必须进行控制，因为它影响着整个电源系统的工作效率。源系统的工作效率。本讲稿第十九页，共二十二页反向偏置时安全工作区 在开关晶体管加反向偏压时，因为关断时间会减少，应避免基极发射极结的雪崩现象发生。设计时可采用有钳位二极管加阻容（RC）吸收网络以避免雪崩现象的发生。本讲稿第二十页，共二十二页3、开关晶体管的阻容（、开关晶体管的阻容（RC）吸收回路）吸收回路 当晶体管V1截止时，电容C通过二极管V2被充电到工作电源电压E，当晶体管V1导通时，电容C经过电阻R放电。实际上，吸收回路消耗了一定量的功率，减轻了开关管的负担。如果没有吸收回路，这一部分功率必须由开关管承担。本讲稿第二十一页，共二十二页晶体管截止电流吸收网络 在晶体管导通时，电容C通过开关管放电的电流Idis，应把它限制在0.25A以下 本讲稿第二十二页，共二十二页