开关稳压电源毕业设计.doc

《开关稳压电源毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关稳压电源毕业设计.doc（35页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、摘 要随着全球对绿色环保问题的不断关注和开关电源在电气电子各个领域中的优良表现, 社会对其的需求量在不断的加大, 开关电源也因为其高效率、小体积、轻重量等多方面的优势在很多领域逐步取代了传统的连续工作的线性电源，但同时人们对这种电源的效率、体积、重量、功率因素及可靠性等方面提出了更高的要求。开关变换器的高频化、集成化、小型化、低噪声化、高可靠性化发展也是当今社会的不断追求和努力的方向，目前，开关技术的研究热点主要有新型高频高功率半导体器件开发，外围新器件的开发，同步整流技术优化，电磁兼容优化，高性能数字控制，拓扑结构和参数的最优化，低电压，大电流电源的开发等方面。随着研究的不断深入和电力电子技

2、术的迅速发展，开关电源的工作频率，效率将不断提高，体积将不断减小，性能将更加稳定，品种也将越来越多。近年来开关电源的高频变换器出现了推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等多种形式，新型的软开关控制技术也有零电压和零电流两种。本文介绍了一款基于UC3825的小功率移相全桥零电压软开关控制方式的开关稳压电源，采用市电供电，带隔离变压器，给出了DC-DC变换器、PWM控制及驱动电路的详细设计方法及设计思路,并使用ORCAD/Pspice软件对开关电源主电路系统性能进行了仿真，根据仿真结果显示,该开关稳压电源效率高，输出电压稳定，电路设计较完善，性能稳定。1 关键词：开关电源 移相全桥 软开关技术Ab

3、stract With the global keeping attention on the problem of environmental protection and the switching power supply has good performance in all fields of electrical and electronic, the demands of switching power supply keep increasing.Because of its high efficiency, small size, light weight, and many

4、 other advantages, the switching power supply gradually replace the traditional linear power in many fields. But people need higher requirement for the efficiency, volume, weight, power factor and reliability of the switching power supply. The high frequency, integration, small size, low noise, the

5、main research of switching technology focus on development of new high-frequency high-power semiconductor device and new external devices, the optimization of synchronous rectification technology and electromagnetic compatibility, high performance digital control, topology and parameter optimization

6、, low-voltage and high-current power supply development and so on. Along with the deepening of the study and the rapid development of power electronics, switching power supplies operating frequency, efficiency will continue to increase, the volume will continue to decrease, the performance will be m

7、ore stable, the variety will be more and more. In recent years, there are push-pull, full bridge, the new soft-switching control technology has zero voltage and zero current. The thesis describes a switching power supply with low power phase-shift full-bridge zero-voltage soft-switching control base

8、d on UC3825,with electricity supply of 220V and isolation transformers, DC-DC converter, PWM control and drive circuit of the detailed design methods and design ideas is given, and make a simulation on the main circuit switching power supply system performance using ORCAD / Pspice. According to the

9、simulation results: the power supply has high efficiency, stable output voltage.It is a perfect circuit design with stable performance.1Key words: switching power supply phase-shift full-bridge soft-switching technology目录摘要IABSTRACTII绪论11 开关电源的基本概念与发展21.1 开关电源基本概念21.2 开关电源的发展21.3 设计任务21.4 设计方案32 软开关

10、技术62.1 软开关的定义62.2 全桥控制移相方式63 PWM控制芯片UC382583.1 UC3825简介83.2 UC3825的基本特性83.3 UC3825的工作原理94 主电路的选型与设计124.1 开关电源主电路的结构设计124.2 主电路主要参数的计算134.3 高频变压器的计算与设计144.4 隔离变压器与整流电路的计算与设计184.5 输入滤波电路的计算与设计194.6 输出滤波电路的计算与设计204.7 主开关元件计算与选型204.8 吸收电路的设计215 控制电路的设计与计算225.1 控制电路的设计225.2 锯齿波电路的参数计算235.3 电压反馈比较电路的参数计算2

11、35.4 过流保护电路的设计255.5 控制输出电路的设计275.6 电路结构总图28结论29致谢30参考文献31 绪 论 自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。其属于AC/DC电源变换器。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，

12、现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 传统的供水系统大多采用水塔、高位水箱或增压设备，用水泵高出实际用水高度的扬程来“提升”水位高度，以保证有足够的用水量，并且控制精度低、能耗大。随着科学技术的不断发展，自动控制技术在我国的日新月异，继电器控制系统已跟不上时代的发展要求，而需要一种新型的可编程控制器取而代之。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。运用PLC的目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的控制系统。已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业，是工业自动化的主导产品。 开关电源的使用为国家节省

13、了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。2 1 开关电源的基本概念与发展1.1 开关电源基本概念电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。直流开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流直流或直流直流电能变换，通常称其为开关电源，开

14、关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。开关电源这一技术特点使其同其他形式的电源，如采用调整管的线性电源和采用晶闸管的相控电源相比具有体积小、重量轻和效率高两个明显的优点。21.2 开关电源的发展随着电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率

15、，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。 1.3 设计任务本设计做的是一个小功率带变压器隔离的全桥式开关电源，供电电源采用市电。设计的主要内容是开关电源的主电路和控制电路，和其他的一些辅助电路。开关电源需要满足下列指标要求：（1） 输出电压U0可调范围：20V50V；（2） 最大输出电流I0 max：4A；（3） Io从0变到4A时，负载调整率SI5%（U2=40V）；（4） 输出噪声

16、纹波电压峰-峰值UOPP1V（U2=36V,Uo=40V,Io=4A）；（5） DC-DC变换器的效率 70%（U2=36V,Uo=40V,Io=4A）；（6） 具有过流保护功能，动作电流IO（th）=4.50.2A。 根据要求设计出电路图，包括主电路、控制电路以及选用相应的元器件。1.4 设计方案开关电源一般是由变压器，整流滤波电路，DC-DC变换器，控制电路，保护电路等电路构成。本设计的核心部分，进行功率变换的DC-DC变换器，采用全桥式变换电路，此外还有软启动、过流保护、噪声滤波等电路。通过资料的查阅，设计出了元器件参数，然后选择合适的器件，设计出完整的电气原理总图，如图1-1所示。图1

17、-1 开关电源的电气原理总图（1） 全桥式DC-DC变换器。全桥式DC-DC变换器的电路结构如图1-2所示，电路中有四个开关管Q1，Q2，Q3和Q4，其中，Q1和Q4同时导通，Q2和Q3同时导通，并且两组开关管轮流导通半个周期。这样在高频变压器的副边绕组两端分别形成相位相反的交流电压，Q1，Q4导通时，二极管D5处于导通状态，Q2，Q3导通时，二极管，D6处于导通状态，在负载端形成矩形电压脉冲，因此通过调整Q1和Q4，Q2和Q3两组开关管的的导通时间就可以调整输出电压的占空比，从而调整输出电压的平均值，达到稳定输出电压的目的。图1-2 全桥式DC-DC变换器（2） 隔离变压器和整流滤波电路。本

18、文设计的开关电源变压整流电路如图1-3所示，先把220V的市电通过隔离变压器转变成36V的交流电，对电网中的杂波、瞬间过电压进行过滤吸收。再通过桥式电路，将36V交流电转变成波动的直流电，然后经电感电容进行滤波，从而得到平稳的直流电压，为DC-DC变换器供电。图1-3 整流滤波电路（3） PWM控制电路。本文设计的控制电路是由两片UC3825为核心组成的脉宽控制电路，如图1-4所示，控制芯片通过内部震荡电路、电压比较电路等其他相关电路，能够使其输出端输出控制电压，每块芯片电路输出两路，然后通过变压器隔离驱动功率管交替开通和关断，产生高频的开关电压，进而驱动高频变压器进行电压的变换。此电路还设计

19、反馈电路，将输出电压的大小变化反馈到UC3825中。使芯片通过检测输出电压的变化调整脉宽的占空比，从而能够精确地调整输出电压值，达到稳压的效果。图1-4 PWM控制电路（4） 阻容吸收装置。因为此开关电源中的电源采用220V的市电，而市电电网中很容易会产生瞬时过电压，这种过电压如果通过隔离变压器耦合到开关电源中，会对开关电源中的器件产生影响，严重时会烧毁器件，所以在变压器的输入端要设置阻容吸收装置。同时，基于电路中电感的存在，四个功率管开关的时候，会在器件的两端形成很高的过电压，这样的过电压也很可能会超过器件的耐压而使器件被击穿，造成不可挽回的后果，所以，在四个功率管的两端也应设置阻容吸收装置

20、。此外在输出端上的整流二极管，同样因为电感的存在而产生过压，也需要在整流二极管两端设置阻容吸收装置。（5） 输出滤波电路。输出滤波是将高频变压器产生的矩形波电压通过电感电容滤波，得到平稳的输出电压供给负载。本设计使用倒L型滤波电路，通过计算选型能够得到十分稳定的输出电压。（6） 过流保护装置。根据设计任务的要求，该开关电源需要具备过流保护功能，动作电流IO（th）=4.50.2A。本设计中，为了实现过流保护功能，在输出电路中串联一个小电阻，通过小电阻检测输出电路的电流，进而反馈给PWM控制芯片，当输出电流超过设定值，控制芯片即封锁输出脉冲，从而实现过流保护的作用。3 2 软开关技术2.1 软开

21、关的定义因为功率开关管的开通和关断过程在实际中不是瞬间的，是需要一定时间的，所以功率管在开通和关断的时候电压和电流都不为零，会产生损耗，此损耗称为开关损耗，并且其损耗会随频率增高而增大，制约了开关电源的高频率化。“软开关”就是能使开关功率管在其两端的电压为零时导通，或是使流过开关功率管的电流为零时关断的控制方法，是与“硬开关”相对而言的。这种方法大大的减少了传统的硬开关的开关损耗，从而提高了功率变换器的传输效率，最理想软开关的开关损耗可以为零。42.2 全桥控制移相方式 近年来，在全桥变换器中使用最多的一种软开关控制方式是结合了谐振变换技术和PWM技术的移相控制方式。主要有超前桥臂和滞后桥臂均

22、实现零电压开关的零电压开关方式，超前桥臂和滞后桥臂均实现零电流开关零电流开关方式，超前桥臂实现零电压开关, 滞后桥臂实现零电流开关的零电压零电流开关方式的3 种方式。本设计采用移相全桥零电压软开关，此电路简单，只是在一般的全桥电路上增加了一个谐振电感，电路的主要结构如图2-1所示。图2-1 移相全桥零电压软开关电路图2-2 移相全桥零电压软开关工作过程移相全桥零电压控制方式的谐振元为开关管的并联电容（C1、C2 、C3、C4）和串联电感（Lr）。四个开关管依次在零电压下导通是通过电感储存的能量对开关管的两端并联的输出电容充放电来实现的。其工作过程如图2-2所示。t1t2时段：t1时刻S1关断后

23、，C1、C2与Lr构成谐振回路，谐振开始时uA(t1)=Ui（图2-1中A点的电压），在谐振过程中，uA不断下降，直到uA=0，开关管寄生的反向二极管VDS2导通，iLr通过VDS2续流。t2t3时段：t2时刻S2开通，由于VDS2导通，因此S2开通时电压为零，开通过程中不会产生开关损耗，S2开通后，电路状态也不会改变，继续保持到t3时刻S4关断。t4t5时段：S3开通后，iLr继续减小，下降到零后反向，再不断增大，直到t5时刻iLr=IL/kT，iVD1下降到零而关断，电流IL全部转移到变压器副边的整流二极管VD2 t0t5时段正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期t5t0时段中，电路的工

24、作的过程与t0t5时段完全对称。453 PWM控制芯片UC38253.1 UC3825简介UC3825是一款针对开关电源的高频率高效率PWM控制芯片，它使用电压控制模式，其最高工作频率可达1MHz，带有基准电压输出、软启动和过流保护模块。其脉宽比较器的输入端可以用负载输出的电压信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。使用UC3825的开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都较高。因此UC3825是比较理想的PWM控制芯片。63.2 UC3825的基本特性UC3825的封装形式与引脚图如图3-1所示，下面介绍各引脚的功能：图3-1 UC

25、3825的封装与引脚图（1） 引脚1（INV）：闭环系统中接反馈信号，为误差放大器反相输入端，用于形成电压比较电路。（2） 引脚2 (NV)：此脚为与INV端行比较的误差放大器同相输入端。通常是设置的基准电压。（3） 引脚（3E/A Out）：与INV端构成比例积分反馈电路的误差放大器的输出端。（4） 引脚4（Clock）：两片PWM芯片链接运行时，提供给芯片同步时钟信号的时钟输出端。输出与震荡频率一致的时钟信号。（5） 引脚5和引脚6 (CT和RT)：这两脚设置芯片的工作时钟，通过接不同的电容和电阻，形成不同的锯齿波信号。（6） 引脚7（Ramp）：此脚为斜坡补偿端。（7） 引脚8 (Sof

26、t Start)：此引脚接一个电容，在整个电路上电时可以抑制电路的冲击电流，为软启动端，有保护功率元件的作用。（8） 引脚9 (ILIM/SD)：此引脚具有过流保护的功能，只要将输出电流反馈至此端，当电源输出短路情况或者输出电流过大出时，即一旦超过内部设定值，芯片可以迅速封锁输出，让整个电路处于关闭状态。（9） 引脚10，引脚13和引脚15（Gnd，Pwr Gnd和Vcc）：这些脚分别接信号地，功率地，和电源电压。（10） 引脚11和引脚14（Out A和Out B）：这两脚输出互补的高低驱动脉冲信号。（11） 引脚13和引脚16 (Vc和Vref)：引脚13是为了能够获得足够的驱动能力或者配

27、合不同的驱动电压等级设置的驱动电路的电压输入端，设计者可以随意调整。引脚16为稳定的5.1V基准电压输出端。73.3 UC3825的工作原理UC3825的内部电路包含多个功能的子模块，有锯齿波和时钟产生，误差放大与比较，电源和内部故障检测，软启动，过流保护和输出逻辑控制驱动等模块，框图如图3-2所示。图3-2 UC3825的内部电路框图（1） 锯齿波和时钟产生模块。此模块的逻辑电路如图3-3所示。引脚5接芯片内部3V的稳定电压，引脚6接芯片内部的一个恒流源。如果引脚5和对地端接上一个电阻，电阻上就会流过电流Ir，芯片内部经过检测引脚5上的电流而产生一个与之一样的恒定充电电流Ic=Ir。如果在引

28、脚6和对地端接一个电容，这个充电电流Ic就对电容C进行恒流充电，CT端电压就会呈线性的斜坡增加，如图3-3所示。图3-3 锯齿波和时钟产生电路（2） 误差放大与比较模块，此模块构成如上图所示，由引脚1,2,3连接成的一个反相误差放大器和一个电压比较器组成。电压比较器通过误差放大器将电路输出的电压信号转换后与引脚7接入锯齿波电压相比较，随之输出高低电平。由此可得：比较器输出的高低电平时间是由误差放大器的输出电压与锯齿波电压相比较决定的。若误差放大电压越小，比较器输出的高电平时间越长，反之越短。 （3） 电源欠压保护和内部故障检测模块。如上图所示，两个电压比较器组成了此模块的功能。电源欠压保护通过

29、输入电源电压与一个9V的稳定电压进行比较实现，内部故障检测通过由稳压器得到的基准电压与一个4V电压进行比较实现。只有当电源电压和基准电压都正常稳定时，后方电路才正常工作，从而使芯片正常工作。如果有一个电压不稳定，后方电路就会使输出驱动电路停止工作，从而达到保护主电路的目的。4 主电路的选型与设计4.1 开关电源主电路的结构设计本设计按照要求的目标完成一个交流输入采用市电，带隔离变压器的全桥式开关电源，要求其输出电压调整范围为20V50V，最大输出电流4A，开关电源的效率70%。现拟采用图4-1所示的电路图，它由变压整流，输入滤波，全桥式DC-DC变换器和输出滤波电路组成，现分析其工作原理。图4

30、-1 开关电源主电路图整个电路由交流220V的市电供电，通过一个熔断器FU和电阻R11电容C33输入隔离变压器T1。熔断器FU的主要起短路保护的作用。隔离变压器将220V电压转换成36V交流电，形成脉动的直流电压。图中的电感L1和电容C1共同组成了倒L型滤波电路，主要对脉动的直流电起滤波作用，这样就得到了平稳的直流电压供给DC-DC变换器。四个开关管Q1，Q2，Q3，Q4和高频变压器共同组成了全桥式DC-DC变换器，通过Q1、Q3和Q2、Q4两组开关管的轮流导通，在变压器副边绕组两端分别形成相位相反的交流电压，经过二极管D3和D4整流，然后经一个倒L型滤波电路，得到稳定的输出电压。894.2

31、主电路主要参数的计算（1） 高频变压器次级输出电压。本设计要求输出电压Uo为20V到50V可调，最大输出电流Io为4A，同时，为了不使两组开关管Q1，Q2或Q3，Q4同时导通而发生短路的情况发生，必须设置一定的死区时间，即设置一组开关管的最大占空比，这里定。所以，高频变压器的次级输出电压应能够在最大输出占空比的情况下能够保证=50V，并且不能忽略二极管的压降，即：（4-1） 式中为整流二极管D3和D4的压降，取值为1V。（2） 高频变压器初级输入电压。隔离变压器次级输出的交流36V电压经桥式整流和倒L型滤波，得到稳定的直流电压，考虑10%的线路损耗，这样就可以得到高频变压器初级输入电压，即：

32、（4-2） （4-3）式中：为MOSFET的导通压降，通常取为2V。由此可得高频变压器的匝数比： （4-4）（3） 输入功率和输出功率。根据电路的最大输出电流和最大输出电压，可以得出电路的最大输出功率，即： （4-5）电源电路的输入功率等于开关电路的输出功率加上电路的损耗及控制电路所消耗的功率，可近似的当做线路的总体损耗来计算，考虑10%的电路损耗，得: （4-6）其中：，。（4） 开关电路的工作频率。基于人的听力范围为20Hz到20KHz，开关电路工作频率应大于20KHz。因为开关电路工作时，频率如果低于20KHz的话，高频的噪声就会被人体感觉到，造成不良的影响。再者，开关频率的提高能够减小

33、滤波电感电容的大小，以及高频变压器的体积，从而使高频率的开关电源能够做的很小。通过芯片工作电压波形可以发现，芯片震荡频率为芯片实际输出的驱动电压波形频率的两倍。所以在设置芯片的工作频率就就要使其为大于40KHz，因为电路在有一个周期驱动是不工作的。从芯片资料可知UC3825是实际工作频率可以达到1MHz的高频率的PWM控制芯片，能完全满足设计的要求。基于频率越高，开关损耗越大的考虑，这里初定芯片工作频率为80KHz。由图3-3的锯齿波形成电路可以得出，充电电容的放电可以近似看成是恒流放电，从芯片资料中查得其放电电流为10mA，这样就可以算出充电电阻及电容的值： （4-7） 由于没有的电阻供选择

34、，取， （4-8）由于没有10.4nF的电容器供选择，取的容量为10nF，则电路的实际工作频率为： （4-9）可得开关管的工作频率为 ，满足设计要求。4.3 高频变压器的计算与设计开关电源中承担了主要功率变换的作用是高频变压器，全桥式DC-DC变换器实际上就是一个中心带抽头的高频变压器。因为开关电源的工作频率远远大于工频，本设计中已经达到了83KHz，它的工作状态不同于普通的工频变压器。其磁性的材料，绕组都需要重新计算和设计。10（1） 变压器磁芯的选择。因为变压器在高频开关状态下工作，为了变压器磁芯在这种高频率的工作电压下能快速恢复，就要求其具有很好的去磁能力，还有工作的磁滞回线包围的面积要

35、尽量小。于是，本设计选用TDK公司生产的PC40型铁氧，它是低磁导率的铁氧体磁芯，具有优良磁导性能，可以适应高工作频率、宽范围工作电压、大功率输出，而且具有适用范围广、热稳定性能高等特点。输出功率很大程度上决定了磁性的大小型号，电路的输出功率越大，磁芯的体积也就越大，本设计要求的输出功率Po=200W，所以需要计算磁性的最大输出功率来确定磁芯的大小型号。接下来计算各种型号磁芯的输出功率，通过查资料得工程上，可以根据式（4-10）进行近似计算。 （4-10） 式中：m为系数，对于推挽式电路取3.2；f为变压器开关的频率，单位Hz；Ae为磁芯有效面积，单位CM2；AW为磁芯的窗口面积，单位CM2。

36、选择EI50型磁芯进行计算，由表中查得： ，由式（4-10）算得： 通过以上计算可以得出：本设计选用EI50型铁氧体磁性就可以满足电路输出功率的要求。（2） 变压器初级绕组匝数。变压器初级绕组的匝数与最大工作磁通密度（高斯）之间的关系为： （4-11）图4-2 PC40铁氧体磁芯B-H曲线 式中，S为磁芯的有效截面积（），为开关管的最大导通时间（s），为初级输入的最小电压。图4-3为PC40铁氧体磁芯的B-H特性曲线，设定变压器的工作温度为100，此时铁氧体磁芯的饱和磁通B=0.4T，为使变压器工作在线性状态下，其B-H曲线要呈线性状态，一般取。由式（4-11）和式（4-12）求得变压器初级绕

37、组匝数N1： （4-12） 由计算得7.3匝，故实际取值8匝。（3） 变压器次级绕组匝数。由式（4-4）求得的匝数比可以得到变压器的次级绕组匝数N2： （4-13）由计算得N2 取值18.83匝，故实际取值19匝。由此可以得出，高频变压器的初级绕组绕8匝，两个次级绕组各绕19匝，就能够满足设计要求。（4） 绕组导线规格。确定了变压器的初级和次级绕组匝数，接着就要确定绕组导线。一般频率高于20KHz的变换器，因为集肤效应的存在，导线的交流电阻变大了，并且电流密度在导线截面上分布十分的不均匀，越靠近导线的表面，电流密度越大，电流大都集中在导线的表面，从而导致导线的等效导电面积变小，随之而来的功率损

38、耗也就增大了，因此减小集肤效应的影响的最佳方法就是采用较细的导线。但是导线如果选择过细，则变压器工作发热量会增大，温度也会升高，进而使变压器的损耗增大。当然导线如果选择过粗，不仅会浪费材料，而且会更加集肤效应。因此根据变压器的工作情况来选择变压器绕组导线粗细是最佳的方法。本设计采用多股细导线并绕的方式，这样不仅可以减小温升和损耗，也能减小集肤效应。多股导线并绕时的导线直径可由下式计算得：(4-14)(4-15) (4-16)式中：各绕组导线所需截面积（mm2）各绕组导线面积（mm2）n股导线并绕时绕组导线面积（mm2）各绕组有效电流（A）J电流密度，一般取3-5（A/ mm2）本设计取绕组有效

39、电流为变压器输入峰值电流，电流密度取5A/ mm2，同时采用5股铜线并绕，由式（4-13）（4-14）（4-15）求得：由求得数据可以得出结论，高频变压器的绕组绕制时，选择5根导线直径为1mm的漆包线并绕，能够减小变压器集肤效应的影响，并且能够满足变压器工作时的功率耗散要求，将变压器温升控制在一定范围内。4.4 隔离变压器与整流电路的计算与设计（1） 隔离变压器的选择。根据式（4-6）计算所得的电源输入功率，选择隔离变压器，并留一定的裕量。考虑到普通工频变压器的功率选择有限，选择一个次级输出电压为36V，输出功率为400W的普通工频变压器即可。（2） 整流二极管的选型。整流二极管的选型依据主要

40、是二极管的反向耐压和平均整流电流，因为二极管的工作状态是频繁的在导通与截止间切换的，当在二极管上加反向电压时，二极管截止，若二极管的反向耐压不够，在这个时候就会被击穿使变压器次级短路，烧毁变压器。而二极管的平均整流电流是表征二极管通流能力的数值，在这个电流值以下工作，二极管的温升能够控制在一定范围内，不至于烧毁二极管。本设计采用桥式整流电路，每组二极管有半个周期处于导通状态。考虑开关电路的最大工作占空比以及高频变压器的最大输入峰值电流，可求得整流二极管的平均整流电流： (4-17)按照平均整流电流的23倍选择二极管的平均整流电流标称值，即： (4-18)根据隔离变压器的输出电压峰值可以确定整流

41、二极管的反向耐压： (4-19) (4-20)根据以上计算，可以选取反向耐压大于100V，平均整流电流大于6A的整流二极管。本设计选用P600B型普通整流二极管，其平均整流电流为6A，反向耐压为100V，满足设计需要。（3） 熔断器计算与选择。熔断器主要起短路保护的作用，隔离变压器一次侧的熔断器的电流计算公式如下： （4-21） 本设计选用26982 FNQ-R-1.3 1.3A/600V，电流为1.3A，耐压为600V。（4） 阻容吸收装置的设计与计算。市电电压输入隔离变压器前需经过R11和C33组成的阻容吸收装置，以吸收电网中的过电压，保护变压器。阻容吸收装置的计算公式如下：（4-22）（

42、4-23）（4-24） (4-25)由此可得求的变压器的阻容吸收装置的值，本设计使用容量为2.2uF，耐压为600V的高耐压铝电容。114.5 输入滤波电路的计算与设计交流电经过整流电路整流之后，其方向变成直流了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接使用的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要增加滤波。滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。滤波电感的大小可由式（4-26）和（4-27）求得： （4-26） （4-27）选择滤波电容的大小没有特定的规则，只要容量稍微大一点就可以了，还要考虑电容的耐压。由以上计算得出，输入滤波电路的电感值选择100mH的电感，电容选择2200uF，耐压为63V的普通电解电容。4.6 输出滤波电路的计算与设计 输出滤波电感量的计算： （4-28）则： （4-29）式中取输出电流的10%20%，一般工程设计算法中，要求输出滤波电感电流的最大脉动量I为最大输出电流的20%， 则： 即在输出满