100w谐振复位正激变换器的设计(附件)
单端正激变换器广泛应用于低压小功率变换场合，该电路结构为开关管、二极管、滤波器、PWM控制以及变压器，变压器在单端正激变换器中主要起到电气隔离的作用。正激变换器的变压器铁芯是单方向磁化的,容易引起磁饱和，需要对其进行磁芯复位。变压器复位方式有第三线圈绕组复位、谐振复位、RCD复位、LCD复位以及有源箝位复位等，其中谐振复位电路具有电路结构简单，能量循环利用率高等优点。本文研制了一种100W谐振复位正激变换器，首先简单介绍了谐振复位正激变换器的工作原理以及其他变压器复位方式；着重说明了主电路中高频变压器和滤波电感的匝数计算以及绕制方法，滤波电容及其他器件的选取；还介绍了PWM控制电路的工作原理和稳压实现方式；绘制出符合要求的电路图，焊接好电路板并对其进行了调试；最终根据给出的实验数据和波形验证了电路设计的合理。对本次课题设计进行总结，展望了将来还需要进一步完成的工作。关键词谐振复位，单端正激变换，变压器，PWM。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内外发展趋势 1
1.2.1 国际研究状况 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 工作安排 3
2 谐振复位正激变换器的工作原理 3
2.1 正激变换器工作原理 3
2.2 变压器的复位技术研究 6
2.2.1 第三线圈绕组复位 6
2.2.2 RCD钳位复位 6
2.2.3 有源钳位 7
2.3 谐振复位正激变换器工作原理 7
3 100W谐振复位正激变换器电路设计 13
3.1 主电路 13
3.1.1 变压器设计 13
3.1.2 滤波电感 15
3.1.3 滤波电容 16
3.1.4 二极管的选取 17
3.1.5 MOSFET管 18
3.2 PWM控制电路 19
3.2.1 UC3843芯片 20
3.2.2 电压采样电路 22
3.3 辅助电源电路 24
3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
保护电路设计 25
4 电路焊接和调试 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
随着电子技术的疾速发展，人们的工作、生活越来越离不开电子产品，而这就造成了电子设备的多样化，电子系统的应用领域变得更加广泛。而这些电子设施的运行都需要可靠的电源来支撑，电源性能的好坏直接影响了整个系统的运行，而电源性能过差可能会导致系统瘫痪，危及人们的人身安全以及财产安全。电子设备的广泛使用使其逐渐趋向于小型化和低成本，从而电源的发展方向就变成了轻、薄、小和效率高[1]。
其中直流稳压电源的应用极其广泛，它通常分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类。线性稳压电源虽具有稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小等优点。但是它要求采用工频变压器和滤波器，这导致了体积和重量过大过重，且电源的效率也很低，一般情况下都不会超过50%[2]。与线性稳压电源相比，开关电源拥有绝对优势，它不仅效率高、体积小、重量轻，它的可靠性和稳定性都很好，并且供电电网中产生的电压波动不能对开关电源产生很大的影响，所以当电网中电压产生的波动比较大时，开关电源依然对系统能够进行稳定的供电。但是，开关电源瞬间响应的能力比较不足，因为当开关电源的功率开关管处于开或者关的时候，他就会输出较高的电压，那么这个结果就将对外部电子设备和电网产生电磁干扰的影响。
开关电源被称为高效节能电源，它是稳压电源的未来发展方向。它通过控制电路控制开关管周期性的开通和关断来对输入的电压进行PWM调制，实现DCAC,DCDC电压变换，稳压输出。开关电源的核心部分是DCDC变换器，该变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准谐振的谐振型变换器[3,4]。开关稳压器拓扑结构可分为两种类型：非隔离型（输入源和输出负载在工作期间共用一个电流通路）和隔离型（通过一个相互耦合磁性元件变压器来实现能量转换，并且从电源到负载的耦合是利用磁通而不是共同的电流回路），而隔离开关变换器中的单端正激变换器是本文研究的重点[5,6]。
1.2 国内外发展趋势
1.2.1 国际研究状况
二十世纪五十年代中期，来自美国的一位科学家名字叫做罗那(G.H.Rayer)，他第一个研制出了一种晶体管直流变换器，这种变换器的工作原理是利用电磁芯饱和来完成自激振荡。在这之后的时间里，依照前人研究的结果，各种各样的直流变换器连续不断的被研究出来，这就导致旋转和机械振子类的换流设备被不断的淘汰，因为它们的寿命不是太长、工作时的可靠性也比较差以及工作转换效率很低[7,8]。当时在航天事业上面以及军事电子设备上面大多使用的都是晶体管直流变换器，因为它具有以下一些特点，它可以变化的极性有很多，工作时的效率比较高，体积占用空间不大、质量比较轻。由于微电子技术那时处于刚刚起步的状态，做出的晶体管不能承受较高的电压，开关工作时速度不高以及功率较低，这样的情况就导致了处于这个时期的直流变换器转换的效率较低，也仅仅只能输入较低的电压。
微型电子技术在1960年初期得到了空前的发展，这一发展也为高反压晶体管的面世提供了强有力的支持。高反压晶体管的出现使直流变换器的应用范围得到了扩大，因为有了高反压晶体管直流变换器就不需要在通过公频变压器对电压进行降压，直接就可以对电压进行整流滤波然后把它输入。这时候的开关电源已经去掉了工频变压器，这就使得它自身的大小和质量也有了很大的缩减，这时候的开关稳压电源才可以说是已经兑现了高运行效率、空间占比小、重量轻便的目标[9,10]。高反压以及高频率的功率晶体管在1970年被研究出来，在接下来的几年里面，开关二极管，高频率的电容以及高频变压器等电子器件也陆续被专家研究出来并投入应用，这使得开关稳压电源领域的发展获得了极大的进步。高频率的开关稳压电源应用的范围较为宽泛，在各个领域都有涉及。
随着时间的推移，微型电子技术以及半导体技术也获得了快速的进步，功能更加齐全，规模更大的集成电路逐渐被人们研制出来，这样就促进了电子设备的外观变得更加轻巧。但是，对相关内容进行探究的人员觉得开关稳压电源里面的变压器还有很大的上升空间，开关变压器的效率还有提升的余地，外观还能设计的更加轻巧，或者找出代替开关变压器的器件。为了研制出小型化的电子设备仪器，研究人员需要攻克上面的难题。如果想要开关稳压电源的运行效率变得更高，一方面可以使得开关管变换的速度更加迅速，另一方面可以提高工作时的频率，但工作频率的提高有很多阻碍，想要探究出适合在较高工作频率下工作的电子原件，需要相关专家长期的刻苦攻关。线性稳压电源不仅具有稳压的作用，还包含滤波电路，因此在线性状态下工作时，该稳压电源的输出文波电压较小，且开关不会对其产生干扰[11]。开关稳压电源的开关管在接通和关断的时候，开关管两端的电压和流经它的电流会产生强烈的谐振干扰信号和尖峰干扰信号。以上所说的干扰信号不仅会影响整个区域的电网，还会干扰周围电子设备的正常运行，造成一些无法挽回的损失。在技术人员的努力下，这些缺点得到了改善，一般的电子仪器和设
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内外发展趋势 1
1.2.1 国际研究状况 1
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 工作安排 3
2 谐振复位正激变换器的工作原理 3
2.1 正激变换器工作原理 3
2.2 变压器的复位技术研究 6
2.2.1 第三线圈绕组复位 6
2.2.2 RCD钳位复位 6
2.2.3 有源钳位 7
2.3 谐振复位正激变换器工作原理 7
3 100W谐振复位正激变换器电路设计 13
3.1 主电路 13
3.1.1 变压器设计 13
3.1.2 滤波电感 15
3.1.3 滤波电容 16
3.1.4 二极管的选取 17
3.1.5 MOSFET管 18
3.2 PWM控制电路 19
3.2.1 UC3843芯片 20
3.2.2 电压采样电路 22
3.3 辅助电源电路 24
3.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
保护电路设计 25
4 电路焊接和调试 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
随着电子技术的疾速发展，人们的工作、生活越来越离不开电子产品，而这就造成了电子设备的多样化，电子系统的应用领域变得更加广泛。而这些电子设施的运行都需要可靠的电源来支撑，电源性能的好坏直接影响了整个系统的运行，而电源性能过差可能会导致系统瘫痪，危及人们的人身安全以及财产安全。电子设备的广泛使用使其逐渐趋向于小型化和低成本，从而电源的发展方向就变成了轻、薄、小和效率高[1]。
其中直流稳压电源的应用极其广泛，它通常分为线性稳压电源和开关稳压电源两大类。线性稳压电源虽具有稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小等优点。但是它要求采用工频变压器和滤波器，这导致了体积和重量过大过重，且电源的效率也很低，一般情况下都不会超过50%[2]。与线性稳压电源相比，开关电源拥有绝对优势，它不仅效率高、体积小、重量轻，它的可靠性和稳定性都很好，并且供电电网中产生的电压波动不能对开关电源产生很大的影响，所以当电网中电压产生的波动比较大时，开关电源依然对系统能够进行稳定的供电。但是，开关电源瞬间响应的能力比较不足，因为当开关电源的功率开关管处于开或者关的时候，他就会输出较高的电压，那么这个结果就将对外部电子设备和电网产生电磁干扰的影响。
开关电源被称为高效节能电源，它是稳压电源的未来发展方向。它通过控制电路控制开关管周期性的开通和关断来对输入的电压进行PWM调制，实现DCAC,DCDC电压变换，稳压输出。开关电源的核心部分是DCDC变换器，该变换器有多种电路形式，常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准谐振的谐振型变换器[3,4]。开关稳压器拓扑结构可分为两种类型：非隔离型（输入源和输出负载在工作期间共用一个电流通路）和隔离型（通过一个相互耦合磁性元件变压器来实现能量转换，并且从电源到负载的耦合是利用磁通而不是共同的电流回路），而隔离开关变换器中的单端正激变换器是本文研究的重点[5,6]。
1.2 国内外发展趋势
1.2.1 国际研究状况
二十世纪五十年代中期，来自美国的一位科学家名字叫做罗那(G.H.Rayer)，他第一个研制出了一种晶体管直流变换器，这种变换器的工作原理是利用电磁芯饱和来完成自激振荡。在这之后的时间里，依照前人研究的结果，各种各样的直流变换器连续不断的被研究出来，这就导致旋转和机械振子类的换流设备被不断的淘汰，因为它们的寿命不是太长、工作时的可靠性也比较差以及工作转换效率很低[7,8]。当时在航天事业上面以及军事电子设备上面大多使用的都是晶体管直流变换器，因为它具有以下一些特点，它可以变化的极性有很多，工作时的效率比较高，体积占用空间不大、质量比较轻。由于微电子技术那时处于刚刚起步的状态，做出的晶体管不能承受较高的电压，开关工作时速度不高以及功率较低，这样的情况就导致了处于这个时期的直流变换器转换的效率较低，也仅仅只能输入较低的电压。
微型电子技术在1960年初期得到了空前的发展，这一发展也为高反压晶体管的面世提供了强有力的支持。高反压晶体管的出现使直流变换器的应用范围得到了扩大，因为有了高反压晶体管直流变换器就不需要在通过公频变压器对电压进行降压，直接就可以对电压进行整流滤波然后把它输入。这时候的开关电源已经去掉了工频变压器，这就使得它自身的大小和质量也有了很大的缩减，这时候的开关稳压电源才可以说是已经兑现了高运行效率、空间占比小、重量轻便的目标[9,10]。高反压以及高频率的功率晶体管在1970年被研究出来，在接下来的几年里面，开关二极管，高频率的电容以及高频变压器等电子器件也陆续被专家研究出来并投入应用，这使得开关稳压电源领域的发展获得了极大的进步。高频率的开关稳压电源应用的范围较为宽泛，在各个领域都有涉及。
随着时间的推移，微型电子技术以及半导体技术也获得了快速的进步，功能更加齐全，规模更大的集成电路逐渐被人们研制出来，这样就促进了电子设备的外观变得更加轻巧。但是，对相关内容进行探究的人员觉得开关稳压电源里面的变压器还有很大的上升空间，开关变压器的效率还有提升的余地，外观还能设计的更加轻巧，或者找出代替开关变压器的器件。为了研制出小型化的电子设备仪器，研究人员需要攻克上面的难题。如果想要开关稳压电源的运行效率变得更高，一方面可以使得开关管变换的速度更加迅速，另一方面可以提高工作时的频率，但工作频率的提高有很多阻碍，想要探究出适合在较高工作频率下工作的电子原件，需要相关专家长期的刻苦攻关。线性稳压电源不仅具有稳压的作用，还包含滤波电路，因此在线性状态下工作时，该稳压电源的输出文波电压较小，且开关不会对其产生干扰[11]。开关稳压电源的开关管在接通和关断的时候，开关管两端的电压和流经它的电流会产生强烈的谐振干扰信号和尖峰干扰信号。以上所说的干扰信号不仅会影响整个区域的电网，还会干扰周围电子设备的正常运行，造成一些无法挽回的损失。在技术人员的努力下，这些缺点得到了改善，一般的电子仪器和设
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