反激式开关电源的设计—毕业设计说明

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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书(2013)毕业设计说明书反激式开关电源的设计专业电气工程及其自动化学生姓名伊利优酸乳班级XXXXXX学号XXXXXX指导教师 XXXXXX完成日期2XXXXXXXXX反激式开关电源的设计摘 要：各种电子设备中，有一个不可或缺的组成部分，那就是电源。反激式开关电源的设计阐述了反激式开关电源的工作原理；通过方案的对比，选择出了用电流控制型PWM技术；最后详细介绍了利用TOPSwitch器件设计开关电源的设计过程。TOPSwitch器件是近代出现的芯片，它有很多功能，如对过流，过热进行保护，能自动重启等。对TOPSwitch-GX的工作原理进行了理解，对内部结构进行了

2、分析，对以TOP244Y为控制核心的反激式开关电源进行了设计。设计出的采用此芯片的反激式开关电源的外围电路很简单，所用元器件少，性能指标高，价格低，有较高的集成度，很有实用价值。该芯片的开关频率为132kHZ。设计电路的开关电源输出功率为25W时，可以实现12V/1.2A,5V/2A和30V/20mA三路直流电压输出。另外，还设计了外围电路，并对此进行了分析。高频变压器的设计是重点，对磁心，线圈匝数进行了选择。用此开关电源不但可以使外围电路器件大大减少，成本降低，还能使可靠性大大提高，正常工作时，可以提供多路输出，能在家电、IT等领域被广泛应用。关键词：开关电源；反激式变换器；TOPSwitc

3、h-GX；高频变压器The Design of Single-end Flyback Switching Power SupplyAbstract： There is an integral part of a variety of electronic devices, and that is power. Flyback switching power supply design elaborated flyback switching power supply works; contrast through the program, select a current-controlled

4、 PWM technology used; finally describes the use of TOPSwitch device design of switching power supply design process. TOPSwitch device is the modern appearance of the chip, it has many features, such as over current, over temperature protection, can automatically restart and so on. The working princi

5、ple of TOPSwitch-GX are understood, the internal structure is analyzed, based on TOP244Y has been designed for the flyback switching power supply control center. The use of this chip design flyback switching power supply external circuit is very simple, the use of fewer components, high performance,

6、 low price, have a higher degree of integration, very practical value. The switching frequency of the chip 132kHZ. Design of circuit switching power supply output power of 25W, you can achieve 12V/1.2A, 5V/2A and 30V/20mA three-way DC voltage output. In addition, the design of the peripheral circuit

7、s, and this analyzed. High-frequency transformer design is the key, right core, coil turns is a selection. With this switching power supply can not only greatly reduce the peripheral circuit components, cost reduction, but also to greatly improve the reliability, normal working hours, you can provid

8、e multiple outputs in home appliances, IT and other fields are widely used.Key words: Switching power supply;Fly-back converter;TOPSwitch-GX;High frequency transformer目 录1 概 述11.1 课题来源及基本技术要求11.2 设计内容及设计思路11.3 预期成果及其意义22 反激式开关电源方案比较与选择22.1反激式开关电源介绍32.2 反激式开关电源的方案比较与选择33 基于TOP244Y芯片的单端反激式开关电源的设计73.1

9、TOPSwitch-GX芯片简介73.2 基本参数确定83.3 高频变压器设计93.4 输入整流滤波电路的设计123.5 钳位保护电路的设计143.6 输出整流滤波电路的设计153.7 反馈整流滤波电路设计173.8 反馈电路设计173.9 TOPSwitch-GX芯片的外围设计204 结束语20参考文献21致 谢22附 录23附录1 反激式开关电源原理图24附录2 反激式开关电源PCB图25附录3 反激式开关电源主要元件清单26盐城工学院本科生毕业设计说明书(2013)反激式开关电源的设计1 概 述1.1 课题来源及基本技术要求1.1.1课题来源如今，开关电源在生活中的应用极其广泛。开关电源

10、在各种电子设备中起着非常重要的作用。各国都投入大量的人力以及物力进行深入的理论研究和工程实践。而在国内，各大公司、高校、研究所也做出了相当多的努力和贡献。通过线性稳压电源，研究出开关电源。线性稳压电源的结构框图如图1-1所示：图1-1 线性稳压电源的结构框图高效反激式开关电源的实用性很高。因此，研究低功耗的反激式开关电源能推动开关电源技术的发展。1.1.2 基本技术要求系统具体参数如下：电路形式：反激式交流电源：85V265V 输入电压频率：f =50Hz 开关电源输出电压、电流：12V/1.2A，5V/2A，30V/0.02A总输出功率：25W电压效率：=80%开关管开关频率：132kHz损

11、耗因数Z：Z代表二次绕组损耗与功率总损耗的比值，典型值为0.51.2 设计内容及设计思路1.2.1 设计的主要内容a) 分析反激式开关电源的工作原理。TOPSwitch-GX芯片内部结构和参数。b) 设计基于TOPSwitch-GX器件的反激式开关电源。c) 选用合适的元器件。d) 电路图的搭建。1.2.2 设计思路首先确定本课题的应用场合，然后搜集大量文献，选用集成芯片，要求开关损耗低、变压器及整个开关电源的体积尽量小，同时保证该电路的安全性及可靠性。课题研制的反激式开关电源是单端的，并且能多路输出。1.3 预期成果及其意义1.3.1 设计的预期成果利用TOPSwitch-GX器件设计出的反

12、激式开关电源具有对输出电压的负反馈及各种保护机制，正常工作时，可以提供多路输出。小功率电源能应用于家电、计算机等领域。1.3.2 课题研究的目的和意义随着现代无线通信和电子技术的迅猛发展，功能强大的无线通信系统应运而生，给人们生活带来了极大方便。在这些设备中，不可以缺少的一个组成部分是电源，它的性能直接影响到这个电子设备是否可以安全可靠地工作。为了减小设备的功耗，提高工作效率，缩小体积和降低重量，传统的模拟电源渐渐地被各种开关电源所代替。开关电源相比传统的模拟电源有以下优势：a) 电路工作效率高在开关电源电路中，开关管工作在开关状态，当其截止状态时，由于没有电流通过而不会消耗功率，因此极大地提

13、高了电源的工作效率。b) 适用的电压范围宽开关电源的可以适用的范围宽，其输出电压的变化应该小于2%，所以，开关稳压电源非常适用在电网电压（输入电压）的波动比较大的地域。c) 功耗小在工作状态中的开关管机内的稳温升较低，致使机内的电子元器件可以进行长时间的工作，不遭受损害，因此，在很大程度上整个机器的稳定性和可靠性有所提高。d) 体积小重量轻比由于未使用较重、体积较大的电源变压器，即使使用了很多元件在开关电源中，所以实际重量和体积比串联型稳压电路轻得多和小得多。e) 安全可靠开关稳压电源无论是哪一种类型，各种保护电路（如尖峰脉冲抑制电路、短路保护、过流保护、过压保护、欠压保护等）通常都设置在其电

14、路中。所以，开关电源的研究有着非常重要的现实意义和使用价值。2 反激式开关电源方案比较与选择2.1反激式开关电源介绍开关电源通常由五大部分组成，如图2-1所示：图2-1 开关电源的基本组成图反激式开关电源的典型电路如图2-2所示。图2-2 反激式开关电源原理图开关电源必须装有脉冲变压器，原因是：a) 使直流电压处于稳定状态；b) 具有变压器的功能，可以变换出不同的直流电；c) 有隔离作用，使安全性能提高。2.2 反激式开关电源的方案比较与选择2.2.1 控制方式的比较与选择方案一：采用电压控制型如今，PWM技术在开关电源领域应用普遍，其结构框图如下图2-3所示。下图中只有一个控制环，所用器件相

15、对比较少。图2-3 电压控制型开关电源结构框图方案二：采用电流控制型电流型PWM技术是针对电压型控制的一些缺点所改进新兴的技术。结构框图如下图2-4所示。图2-4 电流控制型开关电源结构框图它是双闭环控制系统。在电压控制的电路上多了一个电流反馈。与电压型控制电路比较，电流型的优点如下：a) 系统的稳定性提高，动态特性被明显改善；b) 电压调整率和负载调整率都比电压型有所提高；c) 电路更为简单，运行可靠，有一定的限制电流能力。方案三：采用控制型对电流控制型电路进行改善，得到控制型电路，结构框图如图2-5所示。图2-5 控制型开关电源结构框图电流控制中，PWM比较器是通过电流进行采样输入。控制型

16、则是采用滤波电容电压进行采样。必须增加斜坡补偿，防止次谐波振荡。通过比较三种方案，选择方案二：电流控制型PWM技术。2.2.2 芯片的比较与选择反激式开关电源的输出时的总功率为25W，共有三路输出电压，输出电压各为12V/1.2A，5V/2A，30V/20mA。满足开关电源设计输出功率以及功能要求的TOPSwitch芯片很多，考虑电路的可靠性、灵活性以及开关电源的效率，综合电路设计要求，最后在TOPSwitch-FX和TOPSwitch-GX两个系列中做选择。现比较两种芯片的性能特点，见表2-1。表2-1 TOPSwitch-FX与TOPSwitch-GX的性能比较性能TOPSwitch-FX

17、TOPSwitch-GXTOPSwitch-GX性能优点轻载时的工作方式跳过周期降低开关频率和占空比提高轻载下的电源效率，降低空载损耗Y型封装时，外部极限电流设定和线路检测的引脚外部极限电流的设定和线路检测共有一个引脚M，从中只能选择一种功能分为两个引脚L和X，可同时进行过电压保护、欠电压保护、电压前馈、遥控通/断和外部设定极限电流等多项功能外部设计更加灵活，允许同时运用各种功能极限电流设定范围（40100）（30100）设定范围更宽，可设计在连续模式下，减小高频变压器的尺寸P型封装的极限电流与Y型封装相同TOP243P和TOP244P降低了内部极限电流偏差的裕量在低电压时，能减小输出端的交流

18、纹波电压，在低功耗下允许工作在更加连续的模式Y型封装的极限电流10090减小变压器尺寸，对用户更加方便热关断温度和滞后温度热关断温度为135滞后温度为70热关断温度为130滞后温度为75在高温应用时允许输出较大的功率最大占空比时的开启电流9060在低电压时，降低输出电压频率的波动，降低最大占空比，优化设计电网电压过低时的负向关断阈值等于正向（开启）阈值的40当电网电压降低时，能提供精确的关断阈值电压软启动时间10mS（仅控制占空比）10mS（能同时控制占空比和极限电流）在软启动时逐渐增加极限电流和占空比，能进一步降低峰值电压和电流，在启动时可减轻元器件的负担由表2-1知，TOPSwitch-G

19、X在性能的很多方面都优于TOPSwitch-FX。所以OPSwitch-GX系列更加适合作为本电路设计的开关电源芯片。该型号芯片的最大输出功率为45W，芯片性能特点满足设计要求，而且增加的新功能可以使开关电源的电路设计更加灵活而且可靠性高。3 基于TOP244Y芯片的反激式开关电源的设计开关电源性价比高，因此在生活和工作中应用及其广泛。但是开发开关电源，不但要花费时间和成本，而且可靠性也不高。因此选用性价比高的TOPSwitch-GX集成芯片。由于TOPSwitch-GX集成度高，设计工作主要针对外围电路进行。TOPSwitch-GX构成的反激式开关电源框图如图3-1所示。TOPSwitch-

20、GX芯片使得控制电路的电流型控制的功能得以实现。图3-1 TOPSwitch-GX构成的单端反激式开关电源框图其中，电源为交流85V-265V输入，三路输出5V/2A，12V/1.2A，30V/0.02A，估算总输出功率25W。根据各路输出的功率之和，参照PI公司提供的产品型号和最大输出功率表，选择TOPSwitch-GX系列中的TOP244Y芯片。3.1 TOPSwitch-GX芯片简介被誉为“顶级开关电源”的TOPSwitch系列单片机开关电源最早的生产商是美国功率集成公司。它的单片CMOS上集成了许多控制保护电路。TOPSwitch-GX的TO-220-7C封装有6个引出端，它们分别是控

21、制端C，线路检测端L，极限电流设定端X，源极S，开关频率选择端F，漏极D。利用线路检测端(L)可实现四种功能：过压(OV)保护；欠压(UV)保护；电压前馈(当电网电压过低时用来降低最大占空比)；远程通/断(ON/OFF)和同步。而利用极限电流设定端(X)，可从外部设定芯片的极限电流。TOPSwitch-GX的内部图如图3-2所示： 图3-2 TOPSwitch-GX的内部框图 TOPSwitch-GX通过调节占空比的大小，使电路工作在稳压状态。3.2 基本参数确定A. 根据U，确定初级感应电压值。表3-1 确定值U/V初级感应电压/V固定输入 100/11560通用输入 85265135固定输

22、入 23035135由表3-1可得初级感应电压=135V。B. 当U确定后，有一取值范围，如下表3-2表3-2 根据U来确定U/V最小值(连续模式)最大值(不连续模式)固定输入 100/1150.41.0通用输入 852650.41.0固定输入 230350.61.0在连续模式下，取=0.4。3.3 高频变压器设计开关电源的体积和重量由高频变压器决定。它能将能量进行存储和传输。特性好的高频变压器不但能保证电磁兼容性，还能提高电源的效率。所以，设计出的高频变压器的交直流损耗，耦合电容和漏感要尽量小。在反激式开关电源中，电压转换，原副边隔离以及能量储存都是由高频变压器得以实现。A. 磁芯的选择磁芯

23、的选择对高频变压器及其重要。高频变压器设计时，必须重视选择合适的磁芯材料，计算出准确的参数。变压器的磁感应强度越高，减小变压器体积越小。软磁铁氧体磁性材料有较小的交流涡流损耗，较高的电阻率，制作容易且性价比高，被普遍作为磁芯材料。变压器磁芯受工作体制，频率，材料等因素影响，可以制作成多种结构。由于设计中采用漆包线绕制，所以采用铁氧体磁性材料的磁芯。又因为EE型磁芯的价格低廉，有较低的磁损耗和较强的适应性，所以制作成EE型结构。变压器的输出功率： (3-1)变压器的计算功率： (3-2)式中，电源效率，为80，将=25W，=80代入得。=0.12 (3-3)当时， ，带入式中求得，因此选择值比较

24、接近的EE22型磁芯，从厂家提供的磁芯产品手册中可查得EE22磁芯有效横截面积，有效磁路长度L=3.96cm，磁芯等效电感=2.4，骨架宽度b=8.43mm，磁芯长度A=22mm。B. 计算最大占空比交流电压输入范围为85 V 265 V，即=85 V， =265 V。假设整流桥中二极管导通时间为=3 ms， 则：= (3-4)= (3-5)其中，为50Hz交流电网频率，将=50Hz，=25W，=3ms，=80，=85V代入(3-4)得=92.83V。将=265V代入(3-5)得=374.8 V。最大占空比： = (3-6)其中，=135V，直流输入最小电压值=92.83V，取MOSFET的漏

25、-源导通电压=10V，代入上式得： =0.6197。随着输入电压的升高而减小。 C. 计算初级绕组峰值电流和初级有效值电流输入电流的平均值为= (3-7)由(3-4)求得=92.83V，将=25W，=80代入得=0.34A。初级绕组峰值电流为= (3-8)其中，K取为0.4，D=61.97%，=0.34A，代入得=0.69A。初级有效值电流为= (3-9)将=0.69A， =0.6197，=0.4代入得=0.439A。D. 计算变压器的初级电感= (3-10)其中，损耗分配系数Z=0.5，=0.69A，K=0.4，Po=25W，开关频率=132kHZ，代入得：1399H。E. 计算初级绕组匝数

26、= (3-11)式中：S磁芯截面积，单位为；磁芯最大磁通密度，单位为T。由(3-8)得 =0.69 A，由(3-7)得=1399H ，S为0.41，为60，代入(3-11)可得=39.24，实取40匝。F. 计算各次级绕组匝数一般来说，对宽范围85-265V电压输入，次级绕组可取0.6匝/伏匝数。表示“每伏匝数”。次级绕组匝数计算公式为：= (3-12)对5V输出，已知=5V，=0.4V，则该路输出绕组匝数为=0.6 匝/V (5 V+0.4 V)=3.24匝，实取4匝。对12 V输出，已知=12V，=0.4V，则该路输出绕组匝数为=0.6 匝/V (12 V+0.4 V)=7.44匝，实取8

27、匝。对30 V输出，已知=30V，=0.4V，则该路输出绕组匝数为=0.6 匝/V (30 V+0.4 V)=18.24匝，实取19匝。 对于反馈绕组，已知=12V，=0.7V，则该路输出绕组匝数为=0.6 匝/V (12 V+0.7 V)=7.62匝，实取8匝。G. 计算气隙长度 每个开关周期中，变压器先将初级存储的能量转移到次级，气隙中存储能量，磁芯的作用只是约束能量。所以，必须要在磁芯中加气隙。的计算公式为：= (3-13)将=1399H，=40匝，=0.41代入式中得=0.59mm，气隙应加在磁芯的磁路中心处，要求0051mm。若小于此值，需增大磁芯尺寸或者增加值。H. 计算变压器初、

28、次级裸导线直径=d(b-2M) (3-14)将d=2，b=8.43，M=0带入式中得，=16.86mm。再利用下式计算初级导线的外径(带绝缘层)：=/ (3-15)将=16.86mm，=40匝代入得=0.42mm，扣除漆皮厚度(取0.06mm)后，初级裸导线内径=0.36mm 。电流密度的计算公式为：= (3-16)将=0.439A，=0.36mm代入得：=4.34A/。为次级有效值电流，可由下式计算求得：= (3-17)其中，为次级峰值电流，由下式求得：= (3-18)将=0.69A，=0.6197，=0.4，=40匝，=4匝，=8匝，=19匝代入可分别求得：=6.9A，=3.45A，=1.

29、45A，进而可求得：=3.44A，=1.72A，=0.72A。次级裸导线直径为：=1.33 (3-19)将=3.44A，=1.72A，=0.72A，=4.34A/分别代入得：=1.184，=0.837，=0.542。当0.4mm时，应采用0.40mm的多股导线并绕匝。该变压器次级采用0.40mm的导线四股并绕8匝、4匝和19匝。 I. 设计单片开关电源高频变压器时的注意事项：a) 降低高频变压器损耗b) 减小高频变压器的漏感c) 抑制高频变压器音频噪声3.4 输入整流滤波电路的设计A. 交流滤波主要是滤除交流输入端的共模干扰和差模干扰。图3-3 开关电源输入的EMI滤波器如图3-3，和叫做差模

30、电容，叫做共模电感。共模滤波元件使共模干扰衰减，差模滤波元件使差模干扰衰减。的电感量与EMI滤波器的额定电流I的具体关系如下表3-3所示：表3-3电感量与额定电流的关系额定电流I(A)12345电感量L(mH)823240.40.80.20.300.08电路中不需要单独添加差模电感。B. 整流电路的设计二极管整流电路通常可分为半波整流、全波整流、桥式整流电路。三种整流方式各有用途，在选用时会考虑几个基本参数：平均输出电压、脉动系数(即输出电压的基波最大值与输出直流电压值之比)、纹波系数(即负载上交流分量总有效值与负载上的直流分量之比)，二极管承受的最大反峰电压。现将三种整流方式各种参数列表如下

31、，见表3-4。表3-4 三种整流方式的参数比较电路形式参数半波整流全波整流桥式整流0.450.90.92应用场所小功率，要求稳定度低时输出电流较大稳定性要求高输出电流较大稳定性要求高从上表可知，变压器被充分利用。桥式整流电路供给负载的平均电压与全波整流一样，即=。在小功率整流中普遍采用桥式整流电路。图3-4 桥式整流电路桥式整流电路由四只二极管组成，如图3-4。在工作时，、与、两两轮流导通，但不管哪两只导通，流过的电流方向始终保持不变。本设计采用的桥式整流电路如图3-5所示。图3-5 输入桥式整流电路如图3-5，整流电路输出的是方向不变的脉动直流电压和电流。输入整流桥的反向击穿电压应满足式：1

32、.25 (3-20)将=374.8V代入得331.28V。整流桥额定的有效值电流为应满足式：2 (3-21)将=0.439A代入得0.878A。故桥式整流器选择RS204L，额定电流为2A，额定电压为600V，满足要求。其直流电压波形较为平滑。输入滤波电容的容量与电源效率、输出功率密切相关。一般对于宽范围输入的开关电源，的容量可按比例系数来选取。此外，输入滤波电容的容量大小还决定着直流高压的数值。电容的值可根据输出功率按照3F/W来取值，本设计中，=3F/W25W=75F， 在考虑余量后，取=100F。3.5 钳位保护电路的设计TVS是瞬态电压抑制器，它可以使器件受到保护而不被击穿。它所能承受

33、的脉冲比别的抑制器高很多，而且响应速度比别的抑制器快。图3-6 初级钳位保护电路图3-6所示为钳位保护电路，在功率MOSFET关断瞬间，高频变压器漏感产生的尖峰电压和初级绕组上产生的感应电压(即反向电动势)，两者叠加在直流输入电压上，加至内部功率开关管MOSFET的漏极上。这就要求功率MOSFET至少能承受700V高压，所以=700V。利用瞬态电压抑制器(TVS)器件来吸收尖峰电压的瞬间能量，使保护TOPSwitch-GX芯片不受损坏，应满足式：+700V (3-22)将=135 V，=374.8 V，带入得374.8V。故采用BYV26C(600V/1A)型阻塞二极管(SRD)。3.6 输出

34、整流滤波电路的设计输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。反向导通损耗和正向恢复损耗在很大程度上对开关电源效率影响较大。此处的输出整流管是肖特基二极管。 图3-7 直流输出整流滤波电路输出整流滤波电路如图3-7所示。二极管与电容、和组成输出整流电路，、用来抑制电路中出现的浪涌电压，并联在输出整流管及二次测线圈的两侧。整流二极管的最高反向工作电压应满足：2 (3-24)最大反向峰值电压满足：= (3-25)式中=92.83V，=40匝，将=5V，=4匝代入得：=14.28V；将=12V，=8匝代入得：=30.57V；将=30V，=19匝代入得：=74.09V。整流管标称电流应满足： (3-2

35、6)式中为最大连续输出电流，将=2.0A、=1.2A、=0.02A代入分别可得：6A，3.6A，0.06A，表3-5是输出整流管的型号及参数。波纹电流的计算公式为： (3-27)表3-5 多路输出整流管的选择输出电压规定指标整流管型号与参数最大输出电流(A)最低耐压(V)型号(A)(V)5V2.030MBR7457.54512V1.27031DQ103.310030V0.02150MUR4204.0200将前面所求的=3.44A，=1.72A，=0.72A分别代入可求得：=2.8A，=1.23A，=0.72A。滤波电容在132kHz时的纹波电流应大于该值。也可以采用电容并联，这样既可减少ESR

36、，又可增大功率，可以选取的电解电容。3.7 反馈整流滤波电路设计反馈整流滤波电路如图3-8示。图3-8 反馈整流滤波电路满足以下关系：= (3-28)代入数据求得=30.57V。要求所选二极管的反向工作电压的最高值满足： (3-29)即38.21V，故可选用1N4148型玻封高速开关硅二极管，其最高反向工作电压为75V，满足要求。反馈滤波电容采用的陶瓷电容器。3.8 反馈电路设计3.8.1 反馈电路的选择多路输出的光耦反馈电路以及配TL431的光耦反馈电路的稳压性能最佳。利用表3-6选定反馈电路。多路输出要比单路输出的值高，并且主输出指标优于辅助输出。表3-6 可供多路输出选择的四种反馈电路反

37、馈电路类型负载调整率电路说明主输出辅助输出基本反馈电路在输出端并联一只稳压管用来改善轻载时的负载调整率改进型基本反馈电路在反馈电路中增加稳压管和电容配稳压管的光耦反馈电路由稳压管提供参考电压配TL431的光耦反馈电路由TL431提供的参考电压稳定度高，除主输出外，其余各路输出都是按一定比例进行反馈输出3.8.2 TL431型可调式精密并联稳压器配TL431的光耦反馈电路的设计，如图3-9所示。图3-9 电压反馈电路TL431可制作稳压器，因为其输出电流大，体积小。其最大输入电压为37V，输出电压连续可调达36V，工作电流范围宽达0.1-100mA，最大工作电流为150mA。TL431的电路图形

38、符号和基本接线如图3-10所示。图3-10 TL431的基本接线和电路图形符号电路中的TL431可调式精密并联稳压器的工作原理为：通过电路图中的和(输出的取样电阻)组成的分压器，来检测5V输出电压的变化量U，然后将采样电压送入TL431的输入控制端，TL431的输出电压(图中K点的电压)也发生相应的变化，从而使光电耦合器中的发光二极管工作电流变化，光电耦合器输出电流。由TL431的特性可知，和之间存在以下关系：= (3-30) 式中，为TL431参考端，为2.5V，=5V，取=10k得：=10k。3.8.3 光耦合器的选取光耦是一种以光为媒介来传输电信号的器件。线性光耦与普通光耦的重要区别反映

39、在电流传输比(CTR)上。CTR是光耦的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。因此，应选择CTR范围接近100%的光耦。本次设计选择线性光耦PC817。经过光电耦合器和TL431组成的外部误差放大器，调节控制端C的电流，调整占空比D，从而使输出电压变化，达到稳定输出电压的目的。3.8.4 芯片的控制回路设计 如图3-9所示，高频变压器的反馈绕组电压经二极管1N4148和组成的整流滤波电路，通过光电耦合器中的光敏三极管给TOP244Y的控制端C提供偏压。反馈电压的该变量经光电耦合器之后使控制电流发生变化，控制电流改变之后芯片内部的PWM稳压电路调节开关管的占空比，最终使输出电压稳定在额定值。为光

40、电耦合器PC817的限流电阻，的大小决定控制环路的增益。电容器为软启动电容器，可以消除刚启动电源时芯片产生的电压过冲。MOSFET控制极电流与输出脉冲的占空比的关系如图3-11所示。图3-11 MOSFET 输出脉冲的占空比与控制极电流的关系设计采用的是PC817，当光偶CTR取低限0.8时，此时流过光二极管的最大电流=6/0.8=7.5mA，TL431阴极电压=-()2.5V，其中为光偶二极管的正向压降，其典型值为1.2V。所以 =5-1.2-7.52.5V，即：0.173k(取=150)。=1.2V/1mA=1.2K，所以的取值为510。3.9 TOPSwitch-GX芯片的外围设计芯片内

41、部的保护电路以及外部保护电路统称为开关电源的保护电路。它们能保护输出过压电路，对限流保护电路进行启动等。A. 过电压、欠电压保护电路设计元器件的损坏将导致电源内部出现故障将导致过电压。电压缓慢上升超过规定值只要通过迅速保护电路就能够阻止。电源的控制电路发生故障将出现欠压，因此开关电源中必须具有欠电压保护电路。TOP244Y芯片集成了欠电压、过电压检测电路在芯片内部，所以对于过电压和欠电压保护来说更加容易实现，只需要在L端与间接一个电阻器就可以实现过电压保护、欠电压保护。本电路设计的电阻器的阻值为3.9M。B. 过流保护TOPSwitch-GX芯片本身有内部电流检测，当电流超过其极限值TOPSw

42、itch- GX芯片将停止工作，起到过电流保护的作用。在外部也可以通过改变极限电流设定端X的流出电流来设定极限电流的值。在X- S极之间接一只极限电流设定电阻 (值为5k)，可设置流过TOPSwitch- GX芯片的最大电流，即流过原边绕组的最大电流，以免变压器磁芯饱和。C. 反馈控制端C原理图中，TOPSwitch- GX芯片为达到限流目的，将其控制端C与47 uF的电解电容以及1只6.8的电阻串联。4 结束语老师分配给我这个课题后，我先去学校图书馆查阅了大量的相关资料，然后结合毕业设计任务书中的各个要求，进行了多种方案的论证，最终确定了设计方案：采用TOPSwitch-GX器件作为核心电路

43、来进行反激式开关电源的设计。参照老师给我们的参数，逐步对开关电源的主电路进行设计，分析控制电路是怎样组成。开关电源的设计涉及到电力电子技术以及单片机等多方面的知识，是现代电力电子技术的一个重要研究方向。反激式开关电源不需要输出滤波电感，因此，在低成本多输出的各种型号的电源中，这一点对于减小变换器的体积，降低成本尤其重要。所以此次设计出的电源体积比较小，频率也较高。电路设计中，足够的知识量和耐心是必须具备的，所以说学海无涯，必须不断学习才能完成设计。由于本人的水平和时间等因素的限制，论文中难免有不妥之处，对开关电源的噪声和改进的研究尚待深入。还请各位老师指点批评。参考文献1 周志敏著. 经典开关

44、电源实用电路139例M.电子工业出版社，20112 沙占友等著. 开关电源实用技术500问M.中国电力出版社，20123 张占松等著，开关电源技术教程M .北京：机械工业出版社，20124 蔡宣三，倪本来著，开关电源设计与制作基础M.北京：电子工业出版社，20125 沙占友等，开关电源优化设计M .北京：中国电力出版社 2009，106 韩广兴，开关电源电路识图M .北京：电子工业出版社，20077 普利斯曼著，王志强等译.开关电源设计（第三版）M.北京:电子工业出版社，20108 孙海峰、蒋红梅、崔玲玲，单端反激电路中高频变压器的设计J .开关电源技术，20079 Keith Billing

45、s Taylor Morey 著， 张占松等译.开关电源手册（第三版）M.北京:人民邮电出版社，201210杨恒著. 开关电源印制电路板（PCB）工程设计M.北京:中国电力出版社，2009致 谢本课题是在我的指导老师李家荣老师的精心指导下完成的。在写作过程中，我的指导老师李老师倾注了大量的心血，从选题至开题报告，从课题的构架及写作提纲，再到一遍又一遍地指出每个环节中的具体问题，严格把关，循循善引，直到论文的完成，李老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。借此机会向李老师表示最衷心的感谢！同时，本设计最终得以顺利完成，也是与我们学院其他老师的帮助分不开的，虽然他们没有直接参与我的论文指导，但在开

46、题时也给我提供了不少的意见，提出了一系列可行性的建议，在此向他们表示深深的感谢！此外，感谢学校为我提供良好的学习环境和实验条件，使我在掌握了扎实的理论知识的同时，更锻炼了自己的实验动手能力，感谢各位老师大学四年以来对我学习的悉心指导和谆谆教诲。在各位老师的指导下，我在各方面的能力都得到了相应的提高。在大学四年生活中，不断得到各位老师、同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。我所取得的点滴成绩都离不开学校以及老师们的辛勤培育。在此毕业之际，特向老师们、学校表示我衷心的感谢和诚挚的敬意。由于本人的水平有限，对其中的某些关键问题并未能进

47、行深入的分析研究。文中的不足之处，敬请各位老师和读者指正。最后，向审阅本论文的各位老师们及本论文所引用参考文献的作者致以崇高的敬意！附 录附录1 反激式开关电源原理图附录2 反激式开关电源PCB图附录3 反激式开关电源元件清单附录1 反激式开关电源原理图附录2 反激式开关电源PCB图附录3 反激式开关电源主要元件清单元件名称元件型号数量(个)控制芯片Top244Y1变压器EEL221光耦PC8171二极管三端可调二极管TL4311瞬态电压抑制器P6KE2001超快恢复二极管BYV26C1玻封高速开关硅二极管1N41481肖特基二极管MBR745131DQ1071MUR4201桥式整流二极管RS204L4电感8mH13.3uH3电容电解电容47uF11000uF30. 1uF1120uF3一般电容0.1uF34.7uF1100uF1电阻3.9 M11501510110K26.815K129