一种反激式acdc转换器的设计(附件)【字数：8155】
摘 要当前社会中的开关电源不断地朝着智能化、迷你化、节能化的方向发展，因此推动了反激式AC-DC转换器的研究。反激式转换器就是一种在开关断开时也可以获得能量的交直流转换器。本论文研究的这款反激式AC-DC转换器是为了能够得到50V左右的直流工作电压，输出精度大概要求在3%左右，转换效率能够达到80%，调制方法采用的是脉冲宽度调制，控制环路则利用误差放大器与乘法器以及斜坡信号发生器来控制开关状态。设计电路完成后使用Simplis软件进行仿真以及可行性分析。
loop 目 录
第一章 绪论 1
1.1反激式ACDC转换器的研究背景与意义 1
1.2按照原理分类 1
1.3按照工作模式分类 2
1.4按照反馈分类 2
1.6仿真软件SIMPLIS 4
1.7反激式的优缺点 4
第二章 简析开关电源的拓扑结构和基本工作原理 6
2.1开关电源的拓扑结构 6
2.1.1 Buck降压转换器 6
2.1.2 Boost升压转换器 7
2.1.3 BuckBoost降压升压转换器 8
2.1.4 Flyback反激转换器 9
2.2几种拓扑结构的工作细节 11
2.2.1 Buck降压调整器连续导电 11
2.2.2 Buck降压调整器临界导电 12
2.2.3 Buck降压调整器不连续导电 13
2.2.4 Boost升压调整器 14
2.2.5反激变压器 15
第三章 反激式ACDC转换器电路设计 16
3.1电路原理框图 16
3.2反激式ACDC转换器设计指标 16
3.3各模块组成部分 17
第四章 反激式ACDC转换器电路仿真 21
4.1仿真图简析 21
4.2仿真结果对照 23
结束语 24
致谢 25
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附录 27
附录A反激式ACDC转换器的电路原理图 27
附录B设计指标对比表 28
第一章 绪论
1.1反激式ACDC转换器的研究背景与意义
随着经济的发展和社会的进步，电子科学技术也在与时俱进，尤其是从上世纪中旬开始研究电力电子学，这使得电气工程学更加完整，各类电力电子装置广泛应用于高压输电，牵引电力机车，静止无功补偿，交直流电力传输等各项生产工作中。全世界都发现了电子信息技术对于电力工程学的重大意义，我过夜十分重视这一技术，大力发展电子信息工程技术。
从二十世纪60年代开始，电源开关的研发，慢慢取代了SCR相控电源和线性稳压电源，这几十年来开关电源也得到了长足发展，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、系统集成技术这几个主要的发展历程。功率半导体器件是指从双极型器件（BPT/SCR/GTO）发展到MOS型器件（功率MOSFET、IGBT、IGCT），使得电子系统有可能实现高频化，大幅度降低了导通损耗，使得电路设计变得更加简洁[1]。
80年代开始，高频化和软开关技术的问世，是功率变换器功能得到了一次飞跃：质量变得更轻了，尺寸也变得更小了，该技术是过去30年国际上研究的主要焦点之一。
而电子系统集成技术从90年代一直到今天也仍然是各界研究的问题之一。
目前我国对于电源开关的研究已经相对成熟，按照转换类型大概可以分为ACDC转换、DCAC转换和DCDC转换。本文主要研讨的是ACDC转换。
反激式ACDC转换器是开关电源的一种重要组成部分，其工作效率将直接影响到各点起的工作使用情况，是评价电子设备好坏的一个重要指标。一个优秀的开关电源设计将会节省下很多的能源，大大提高能源转换率，所以开关电源在电子设备中是十分重要的一部分。
反激式ACDC转换器就是在其输出端在原边绕组断开时获得能量的一种交流转直流转换器。开关闭合时，变压器初级电感储存能量，输出滤波电容为负载提供能量；开关断开时，变压器将原来储存的能量传送到负载和输出滤波电容，用来补偿电容单独提供的负载电流的时候消耗的能量，而且该转换器具有电路简洁、转换效率高、损耗小、变压器匝数比值小等优点，大大提高了开关电源的工作效率，正是由于这些优点使其成为了目前世界上主要研究的热点。
1.2按照原理分类
按照控制原理的不同可以将开关电源分为4类：
脉冲宽度调制（PWM）：它就是利用脉冲宽度调制器调整脉冲宽度来改变占空比使得实现稳压。在调制的过程中保持开关周期不变，此类电源的输出电压纹波小、噪声小，在重载情况下效率也高。
脉冲频率调制（PFM）：这种开关电源的原理是通过脉频调制器来调整开关频率来改变占空比实现稳压，调制过程中保持脉冲宽度不变。该模式在轻载下通过减少功率管的开关次数来减低转换器的功耗，提高转换效率。
脉冲密度调制（PDM）：采用零电压技术调整脉冲数目以实现稳压，调制过程中保持脉冲宽度不变。
混合调制方式：就是将脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）混合，既可以保证重载情况下的PWM高效调节、输出纹波小、噪声小，也能够保证轻载情况下转换效率高。
1.3按照工作模式分类
如果按照工作模式的不同来分类，可以将开关电源分为连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）两种。
在连续导通模式（CCM）下，变压器电感的储能状态在每个开关周期内都是从非零状态开始的，而在不连续导通模式（DCM）下，只有当变压器电感全部放电后才会开启下个周期[5]。不同工作模式下的电流波形如下，根据波形可知，在连续导通（CCM）模式下，开关电源从一定的幅值开始上升，而在不连续导通（DCM）模式下，电流均是从零开始上升。
/
图11 分别在CCM模式与DCM模式下的开关电流波形
在相同的输出功率下，CCM工作模式下的工作效率比DCM工作模式要高，MOS管的损耗也更小，同时在CCM模式下电流通过变压器的交流分量较少，减少了对变压器线圈的损耗。CCM模式的缺点是在控制不当时或者回路响应较慢时，变压器次级电感中的能量不会消耗，会造成次级电感中能量的大量积累，当能量达到一定程度时会造成转换器损坏，威胁到使用者，但是DCM模式不回出现这种问题[4]。
loop 目 录
第一章 绪论 1
1.1反激式ACDC转换器的研究背景与意义 1
1.2按照原理分类 1
1.3按照工作模式分类 2
1.4按照反馈分类 2
1.6仿真软件SIMPLIS 4
1.7反激式的优缺点 4
第二章 简析开关电源的拓扑结构和基本工作原理 6
2.1开关电源的拓扑结构 6
2.1.1 Buck降压转换器 6
2.1.2 Boost升压转换器 7
2.1.3 BuckBoost降压升压转换器 8
2.1.4 Flyback反激转换器 9
2.2几种拓扑结构的工作细节 11
2.2.1 Buck降压调整器连续导电 11
2.2.2 Buck降压调整器临界导电 12
2.2.3 Buck降压调整器不连续导电 13
2.2.4 Boost升压调整器 14
2.2.5反激变压器 15
第三章 反激式ACDC转换器电路设计 16
3.1电路原理框图 16
3.2反激式ACDC转换器设计指标 16
3.3各模块组成部分 17
第四章 反激式ACDC转换器电路仿真 21
4.1仿真图简析 21
4.2仿真结果对照 23
结束语 24
致谢 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
附录 27
附录A反激式ACDC转换器的电路原理图 27
附录B设计指标对比表 28
第一章 绪论
1.1反激式ACDC转换器的研究背景与意义
随着经济的发展和社会的进步，电子科学技术也在与时俱进，尤其是从上世纪中旬开始研究电力电子学，这使得电气工程学更加完整，各类电力电子装置广泛应用于高压输电，牵引电力机车，静止无功补偿，交直流电力传输等各项生产工作中。全世界都发现了电子信息技术对于电力工程学的重大意义，我过夜十分重视这一技术，大力发展电子信息工程技术。
从二十世纪60年代开始，电源开关的研发，慢慢取代了SCR相控电源和线性稳压电源，这几十年来开关电源也得到了长足发展，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、系统集成技术这几个主要的发展历程。功率半导体器件是指从双极型器件（BPT/SCR/GTO）发展到MOS型器件（功率MOSFET、IGBT、IGCT），使得电子系统有可能实现高频化，大幅度降低了导通损耗，使得电路设计变得更加简洁[1]。
80年代开始，高频化和软开关技术的问世，是功率变换器功能得到了一次飞跃：质量变得更轻了，尺寸也变得更小了，该技术是过去30年国际上研究的主要焦点之一。
而电子系统集成技术从90年代一直到今天也仍然是各界研究的问题之一。
目前我国对于电源开关的研究已经相对成熟，按照转换类型大概可以分为ACDC转换、DCAC转换和DCDC转换。本文主要研讨的是ACDC转换。
反激式ACDC转换器是开关电源的一种重要组成部分，其工作效率将直接影响到各点起的工作使用情况，是评价电子设备好坏的一个重要指标。一个优秀的开关电源设计将会节省下很多的能源，大大提高能源转换率，所以开关电源在电子设备中是十分重要的一部分。
反激式ACDC转换器就是在其输出端在原边绕组断开时获得能量的一种交流转直流转换器。开关闭合时，变压器初级电感储存能量，输出滤波电容为负载提供能量；开关断开时，变压器将原来储存的能量传送到负载和输出滤波电容，用来补偿电容单独提供的负载电流的时候消耗的能量，而且该转换器具有电路简洁、转换效率高、损耗小、变压器匝数比值小等优点，大大提高了开关电源的工作效率，正是由于这些优点使其成为了目前世界上主要研究的热点。
1.2按照原理分类
按照控制原理的不同可以将开关电源分为4类：
脉冲宽度调制（PWM）：它就是利用脉冲宽度调制器调整脉冲宽度来改变占空比使得实现稳压。在调制的过程中保持开关周期不变，此类电源的输出电压纹波小、噪声小，在重载情况下效率也高。
脉冲频率调制（PFM）：这种开关电源的原理是通过脉频调制器来调整开关频率来改变占空比实现稳压，调制过程中保持脉冲宽度不变。该模式在轻载下通过减少功率管的开关次数来减低转换器的功耗，提高转换效率。
脉冲密度调制（PDM）：采用零电压技术调整脉冲数目以实现稳压，调制过程中保持脉冲宽度不变。
混合调制方式：就是将脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）混合，既可以保证重载情况下的PWM高效调节、输出纹波小、噪声小，也能够保证轻载情况下转换效率高。
1.3按照工作模式分类
如果按照工作模式的不同来分类，可以将开关电源分为连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）两种。
在连续导通模式（CCM）下，变压器电感的储能状态在每个开关周期内都是从非零状态开始的，而在不连续导通模式（DCM）下，只有当变压器电感全部放电后才会开启下个周期[5]。不同工作模式下的电流波形如下，根据波形可知，在连续导通（CCM）模式下，开关电源从一定的幅值开始上升，而在不连续导通（DCM）模式下，电流均是从零开始上升。
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图11 分别在CCM模式与DCM模式下的开关电流波形
在相同的输出功率下，CCM工作模式下的工作效率比DCM工作模式要高，MOS管的损耗也更小，同时在CCM模式下电流通过变压器的交流分量较少，减少了对变压器线圈的损耗。CCM模式的缺点是在控制不当时或者回路响应较慢时，变压器次级电感中的能量不会消耗，会造成次级电感中能量的大量积累，当能量达到一定程度时会造成转换器损坏，威胁到使用者，但是DCM模式不回出现这种问题[4]。
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