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(电子信息工程专业)反激电源开关电源设计报告.doc

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电子信息工程 专业 电源开关 电源 设计 报告
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专业: 电子信息工程 姓名: 学号: 日期: 2013/7 地点: 教二-125 实验报告课程名称:___开关电源设计____指导老师: 成绩:__________________实验名称: 反激电源 实验类型: 同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得 一、实验要求使用芯片:安森美的NCP1251;输入电压:单相AC85V~220V;输出:两路,5V,12V输出,任选一路稳压。总功率不小于15W;纹波:峰峰值小于额定电压的5%;工作模式:自选,如CCM或者DCM ;控制电路:峰值电流控制。二、实验原理1、 理想反激变压器工作原理理想反激变压器的等效电路如图1,工作过程如下:(1)当Q1导通,直流电压Ud 加在激磁电感Lm上,电流im 增加,激磁电感Lm 存储能量,开关管电流iq=im。副边二极管D2关断,id=0。(2)当Q1关断,iq等于0,激磁电感电流不能突变,激磁电流经理想变压器转移到副边,副边二极管导通,id = n*im。(3)若激磁电感电流im未释放完,Q1再次导通,则反激变换器工作在电感电流连续工作模式;若激磁电感电流释放完时,Q1尚未导通,则反激变换器工作在电感电流断续工作模式,此时激磁电流im=0,开关管电流iq=0,二极管电流id=0。 图1 理想反激变压器等效电路图 图2 实际反激变压器等效电路图2、 实际反激变压器工作原理实际由于各种寄生参数的存在,如变压器的漏感、开关管的源漏极电容等,进一步的等效电路如图2。由于变压器漏感Llk 的存在,必须增加吸收电路,其换流过程比较复杂。本次设计即基于这一模型展开。三、反激变压器的设计(以5V输出为例)相关参数:芯片工作频率fs=65kHz;漆包线线径:0.33mm;漆包线电流密度:5~8A/mm2;磁芯磁路长度Le:48.4mm;窗口面积Ae:84.4mm2。由此得出每根漆包线所能流过的电流约为0.5A。设计步骤:第一步:确定参数:,,,(1) Udmin,Iomax 时占空比最大Dmax=0.45,电流临界连续,则有,取为18(2) 由于临界连续,计算变压器的副边激磁电感值:(3) 根据匝比得原边电感:(4) 原边匝数(5) 副边匝数(6) RCD吸收电路设计导线d=0.33mm,J=5~8A/mm2,取J=6A/mm2。故5V输出导线取2股,原边导线取2股。同理可得12V输出端取6股9匝。芯片供电电压若取18V,可算出匝比为7,取副边匝数为9,由于芯片供电电流较小,取股数为1。四、主要元器件电压电流应力计算(基于实验数据)①MOS管电压应力:a侧:(4.9V输出)此时开关管最高电压:b侧:(12.29V输出)此时开关管最高电压:∴MOS管承受的最大电压为402V。②MOS管电流应力:a侧:b侧: ∴MOS管流过的最大电流为0.73A。 综①②:根据采用的MOSFET型号FQPF6N80C,查询其datasheet:阻断电压达到800V,导通电流达到5.5A,故电压应力为:402/800=0.50;电流应力为:0.73/5.5=0.13,故实际数值完全满足要求。③二极管电压应力:a侧:,故b侧: ④二级管电流应力:a侧: b侧: 综③④:由于采用的快恢复二极管MUR 460能承受的反压为600V,(正向不重复峰值电流)故:电压应力电流应力a侧二极管25.64/600=0.043.64/110=0.03b侧二极管56.74/600=0.095.09/110=0.05∴实验中,两二极管均处于正常工作状态。五、实验波形记录空载半载满载芯片PWM输出MOS管源极电压电流采样(CS)副边电压(5V侧)输出电压(5V侧)输出电压纹波(5V侧)输出电压(12V侧)输出电压纹波(12V侧)分析:1. 实验时,电路要求从空载启动;负载要缓慢调节,且从满载切换到空载时电路会停止工作。2. 负载越轻,电路越工作于断续状态。空载时采样电流、副边电压震荡最明显。六、实验数据记录和处理1、负载调整率5空载12空载Vo(V)4.8995.042Vo(V)12.2912.87负载调整率2.92%(12V侧满载)负载调整率4.72%(5V侧满载)2、负载交叉调整率12空载5空载Vo(V)4.8954.880Vo(V)12.377.63交叉调整率0.31%(5V侧满载)交叉调整率38.32%(12V侧满载)3、输入电压调整率:(两路输出满载)Vin50100150240280输入电压调整率Vo(5V侧)4.8964.8984.9004.9004.9070.18%Vo(12V侧)12.9612.4012.3412.2712.255.92%4、输入电压范围:50—280V均能保持输出稳定5、输出电压: 5V侧:额定值4.899V,变化范围[-0.002,0.007] 12V侧:额定值12.29V,变化范围[-0.04,0.67]6、输出电压精度:精度空载半载满载5V侧90mV/5V=1.8%100mV/5V=2%120mV/5V=2.4%12V侧80mV/12V=0.67%200mV/12V=1.7%240mV/12V=2%7、满载输出功率:电压(V)电流(A)功率(W)5V侧4.8990.9814.80612V侧12.291.40717.29合计 ----------------22.0987、 实验调试与心得体会1、 焊接、绕线、调试原则①功率地与控制地分开;地线不宜太长,避免形成环路。否则输出纹波会很大。②二极管、电容等离芯片引脚要近。否则噪声较大,影响芯片正常工作。③芯片NCP1251的DRV端离MOSFET的栅极要近,否则可能驱动不了。④变压器漏感太大可能导致电路无法从0电压自启动。⑤初步自启动调试:输入交流电先开通,再接通19V直流给Vcc供电。2、 调试①问题:初步自启动调试时,在电压加在顺序正确的情况下,MOS的栅极驱动仅一段时间有脉冲,其余为低电平。DS端电压相应地一段时间有脉冲,其余保持高电平。原边正常启动。 分析与检查:原边启动不正常,原因汇总如下:变压器未缠好或与插座接触不好;MOS管烧坏了;Vcc供电电路异常。Step 1:我们首先检查电路,变压器的接触确实有问题,该连通的点没有连通。把变压器拿下来刮净引脚,缠好引脚,焊上锡,重新用万用表检测,发现此时变压器与插座接触良好。Step 2:但自启动仍不正常。我们用万用表检测MOS管各引脚,没有短路。而且波形显示:MOS在有驱动时DS端为低电平,没有驱动时DS端为高电平,可以推断MOS管是好的。Step 3:检查焊接问题。把板子后面细的走线全部加粗(虽然满载时才需要考虑这个问题,但我们在查线的时候顺便把线加了粗);检查接触不良的点全部重新焊好;检查不该连通的点有没有连通-->此时发现并联于VCC到GND端的22V稳压管被击穿!VCC电平在直流电源上电瞬间变高,但随即被拉低为0,芯片当然无法正然工作!Step 4:换了稳压管之后再上电,自启动仍不正常。经过很长时间的检查之后仍未果。我们请教老师,老师让我们抬高交流电压,我们将其从15VAC升到40VAC直接启动电路。于是,变压器正常工作,DRV端输出连续的PWM波,副边输出稳定的5V、12V。 总结:最后一步的问题是变压器漏感太大,需要大的启动电压。 心得:分步调试,步步为营。②问题:初步自启动满载调试完成后,焊好之前断开的线,开始全面自启动调试。结果输出一直为0,自启动失败。 分析与检查:我们觉得变压器缠的有问题。借别的组绕线相同的变压器使用,发现输入可以从0VAC缓慢上升至50V完成自启动。我们加大了自启动电压,即:一上电就给它50VAC的交流电,发现变压器就可以工作,副边输出也能稳定在5V和12V了。 总结:变压器漏感太大,输入电压不可以从0V缓慢调节,需要大的自启动电压。③空载自启动,缓慢减小负载电阻至满载,电路才能正常工作;且若加大负载电阻,输出就不能稳定。猜测是由于走线过长,寄生电感增大;相邻导线之间的距离过近,寄生电容增大;寄生电感和寄生电容产生谐振,使输出不稳定。
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