多路输出型单端反激式开关电源设计_图文

第 2 第 2期  5卷
2)1年 6月  t 1



















报 

Vo _ 5 NO 2 l2   .  

J OuRNAL O   HANGHAI   FS   UNI RS TY OF E VE I     NGI E NG  C E E NE RI S I NC  

J .2) 1 un (1 

文章 编 号 :1 0 0 9—4 4 2 1 ) 2 1 8—0   4 X( 0 1 0 —0 5 5

多路输 出型 单端 反 激 式 开 关 电源 设 计 
李  睁 , 伟 吉 ,高 炜玲 , 佳 坤 , 申捷 , 沈     顾 缪 蔚  兰  
( 海 工 程 技 术 大 学 电子 电气 工 程 学 院 , 海 2 12 ) 上 上 06 0 

摘要 : 单 端反激 式 开关 电源 、 端反 激式 变压 器和绝缘 栅 双极 晶体 管 (GB 驱动 电路 3个 方  从 单 I T)
面, 开关 电源 电路 进行 了细化 分 类 与 设 计. 用 UC 8 4芯 片设 计 了单 端反 激 式 开 关 电源 电 对 利 34  

路 , 用 36 利 1J芯 片设计 了 I T驱动 电路 . GB 结果 表 明 , 所设 计 的开关 电源 电路 能解 决 高频 开 关 电  
源 的 控 制 问题 .  

关 键词 :单端反 激 ;开 关 电源 ;HC L 3 6 P 一 1 J芯片   中图分 类号 : TM  3  13 文献标 志码 : A 

De i n o   u tp e Ou p tS n l 。 s g   f M li l 。 t u   i g e End d Fl b c   - ? e  y ak S t hi   o e Po r wic ng M d   we  

L   ig,SHEN  e—i IJn W i ,GAO  e—i g j W i n ,GU i— u l Jak n,M I   h nje AO S e —i ,YU  a   Ln
( l g   fEl c r n c a d El c rc lEn i e r Co l e o   e t o i  n   e t i a  g n e i e ng,Sh n ha  a g iUnie st   f En i e rn   ce c v r iy o   g n e i g S i n e,Sh ng a  01 2 a h i 2 6 0,Ch n ) ia 

Ab ta t s r c :Fr om  hr e a pe t    i l— nd d fy c   wic i   o r s n e e e   l ba k ta f r — t e   s c sofsng e e e   l ba k s t h ng p we s, i gl— nd d fy c   r ns o m  
e sa   G BT  rvi   ic is s ic n   o e   i c t   e e ca sfe   nd de i ne r   nd I d i ng c r u t , w t hi g p w r c r uis w r   ls iid a   s g d.The U C  8 4 a     3 4   nd

3  Jc iswee u e  od sg   i gee d dfy a k s th n   o rcru ta daI T  rv n  ic i     hp   r  s d t  e in asn l— n e  lb c  wic ig p we  ic i n    GB d iig cr ut 1 6    
rs ci l e pe tvey.The wic ng owe  cr u t  s t hi  p r ic i de i ne  c n ol e he on r l r blm o  h gh f e e c   sg d a  s v  t  c t o p o e f i —r qu n y
s ic ng po e s  w t hi   w r .

Ke  r s ig ee d d fy a k;s thn   o e ;H CP 3 6   h p ywo d :sn l— n e  lb c wi ig p w r c L一 1 J c i 

开关 电源是 电力 电子设 备 中不可 或缺 的部分 ,  
与人 们 的生活 、 作有 着 密 不 可 分 的关 系. 工 业  工 在 自动 化 控 制 、 工 设 备 、 研 设 备 、 光 二 极 管 照  军 科 发 明、 工控设 备 、 通讯设 备 、 电力设 备 、 仪器 仪表 、 医疗  设 备和 半导体 制 冷制热 等领 域 , 能看 到开关 电源  都
产 品被 广泛 应用 . 9 5年 , 国人 罗 耶 发 明 了 自激  15 美

了高频转 换控 制 电路 . 9 7年 , 国人 查 赛 发 明 了  15 美 自激式 推挽 晶体管 双变 压 器. 9 4年 , 国科 学 家  16 美
们 提 出了取 消工频 变压 器 的串联 开关 电源 的设想 ,  

为减 小 电源 的体 积和质 量 开创 了一条 根本 的途径 .   16 9 9年 , 随着 大 功 率 硅 晶 体 管 耐 压 的 提 高 和 二 极 
管反 向恢 复时 间 的缩 短等 元器件 性 能 的改 善 , 终于 

振 荡推 挽 晶体管 单变压 器直 流变 换器 , 标志 着实 现 

做成 了 2   Hz的开关 电源 . 5k  

— —1   收稿 日期 :2010— 09 — 9  

基 金 项 目 :上 海 工 程 技 术 大 学大 学 生 创 新 活 动 计 划 资 助 项 目(s0 2 0 )   cl 0 0 2  作者简介 :   李

诤 ( 9 9 , , 科 在 读 , 究 方 向为 风 力 发 电 . — i lig se@ yh o c  1 8 一) 男 本 研 E mal in— u s ao . n :j 兰 (9 0 , , 师 , 1 8 一) 女 讲 硕士 , 究 方 向为 新 能 源 并 网 发 电技 术 . — i y ln se.d .o   研 E mal ua @ u seu cm :

蔚 指导教师 :  

第 1 期 



诤 , : 路输 出 型 单 端 反 激 式 开 关 电源 设 计  等 多

开关 电 源 一 般 由 脉 冲 宽 度 调 节 控 制 ( us  P le
Wit  d lt n P M) d hMo uai , W o 和场效 应 管 ( se) Mo ft构 

低 , 应 速 度 快 , 出 纹 波 较 小 , 作 产 生 的 噪 声  反 输 工 低, 效率较 低 , 发热 量 大 ( 尤其 是 大功率 电源) 间接  ,
地给 系统 增加 了热 噪声 . 开关 稳压 电源 是一 种新 颖 

成 , 用 现代 电力 电子 技术 , 控 制 开关 管 关 断 和  利 是 导通 时 间的 比率 , 持 稳 定 输 出 电压 的一 种 电源. 维  

的稳 压 电源 , 过改 变 调整管 的导 电时 间和截止 时  通 间 的相 对 长短来 改 变输 出 电压 的大小 . 开关 稳压 电  源具有 功 耗小 、 效率 高 、 体积 小 、 量轻 和稳 压范 围  质 宽等 特点 . 开关 电 源 还 存 在 较 为 严 重 的 开 关 干  但 扰 、 出纹 波 电压 高 、 变 响应 较 差 和 电磁 干 扰 等  输 瞬 缺点 . 这就 需要 靠技 术手 段和 工艺 措施 来克 服上 述 

开关 电源 的发 展方 向是 高频 化. 高频 化能使 开关 电 
源小 型化 , 并使 开 关 电源在 更 广 泛 的领 域 适 用 , 尤  其是 能在 高新 技术 领域 应用 , 而推 动高新 技术 产  从

品 的小 型化 、 便化 . 轻 另外 , 关 电源 的发展 与应 用  开
在 节 约能 源 、 约 资源 和保护 环境 等方 面都 具有 重  节
要 的意 义.  

缺点. 近年来 , 电源 技术 的飞速 发展 , 高效率 的开  使
关 电源 得 到 了越 来越 广泛 的应 用_ . 1  ]

本 文利 用 AP法 , 通过 计算 功 率容 量确 定 磁 心  的型 号 , 通过 型号 所提 供 的参 数计 算 出变 压器 的  并 原边 、 副边 的 匝 数 和 所 需 要 的气 隙大 小 . 用 UC 利   34 8 4芯 片搭 建起振 电路 , 来 控 制场 效 应 管 , 而  用 从
调 节变 压器 的输 出. 利用 3 6 1J芯 片搭 建 绝 缘 栅 双 

图 1所 示 的 电路 为 一个 多 路 输 出 型单 端 反 激  式 开 关 电 源 ,+1  用 于 反 馈 副 边 电 压 , 路  8V 五
+1  8V和 一7V 输 出分 别用 于 I B 的驱动 电源 .   G T  

该 电路 的工 作原 理 : 流 电压加 在 R: , 降  直 上 经 压后 加在 UC3 4  84上 , 为芯片提供 大于 1  的启 动  6V 电压 , 片启动 , 由反馈绕组 提供维 持芯 片正常 工  芯 并 作需要 的 电 压. 电路 正 常 工 作 时 , 当 由反馈 绕 组对  UC 3 4  8 4进行 供 电. 馈 电压 来 自变 压器 原边 侧 的  反

极 晶体 管 (n uae  t B p lrTrn i o ,G— Is ltdGae ioa  a ss r I     t

B 芯片 的驱 动部 分 , T) 以提供 更好 的驱 动环 境 和 提 
高驱 动 电路性 能 的可靠 性 . 鉴于 现有 单端 反激 式开  关 电源设 计 大多 为一路 或 二路输 出 , 本文 给 出五路  +1  和 一7V输 出 电路 的设 计方 法. 8V    

电压 , 有较快 的 响应 速度 . 具 当输 出 电压 降低 时 , 变 
压器 的反馈绕组 上 产生 的 反馈 电压 也 降低 , 电压  该 整流后 经 R R 。,  进行分 压 , 然后送入 UC3 4  8 4的引   脚 2 与基 准 电压 比较后 经 误差 放 大 器放 大 , UC , 使   34 8 4引脚 6的驱动 脉 冲的 占空 比增大 , 而使 输 出 从   电压升 高 , 达到稳定输 出 电压 的 目的.  

1 单 端 反 激 式 开 关 电源 设 计   
现有 的稳 压 电源可 分成 两大类 : 性稳 压 电源  线

和开关 稳 压 电源. 性稳 压 电源是 比较早使 用 的一  线 类 直流 稳 压 电源 , 特 点 是 输 出 电 压 比输 入 电 压  其

图 1 单 端 反 激 式 开 关 电 源 的 设计   
Fi 1 De in ofsn l- nd d fy c  wic i g po r g.   sg    i g ee e   lba k s t h n   we  

上 海 工 程 技 术 大 学 学 报 

第 2 5卷 

设 计 内 回路 反馈 时 , 要在 开关管 上 串联 一个  需


号 的铁 心 .  

端 接地 的取样 电阻 R  将初级线 圈的 电流转换 为  。,

2 3 最大 占空 比 的确 定  .
(   4)

电压信 号. 尺 上 的 电压 达 到 1V 时 , 当     电流 比较 器  动作使 开关管 Q】 关断 , 而实现过 电流保 护. 从  
UC 3 4  8 4芯片 内部 振 荡 器 的振 荡 频 率 由 引脚  8与引脚 4之 间的 电阻 R ,  和引脚 4到地 之 间 的电  容  来 决定 , 即 
厂 1 7    .3   () 1 
。  ,

式中:    。 为反射 电压 , V 为 电 网最小 值 , V V;   V;   为 开关管 正 向导通平 均 电压值 , 通常 取 1    0V.
2 4 原 边 匝 数 的 确 定  .

根据 所得 的最 大 占空 比 , 定 最 大 导 通 时 间  确 以及 原边 的匝数 N。 即  ,
Vs   tn o
N 

图 1中 , 压 器 原 边 旁 的缓 冲 电路 是 由 电 阻  变
尺 电容 C  、  和二极 管 D  组成 , 于限制 高频 变压  用

(   5)

器漏 感造 成 的尖峰 电压 . 效 应管 Q 场  旁 边 的 电阻 
R 电容 C 二极 管 D  、  、  的作用 是 防止场效 应 管在 

式 中: 为 原 边 匝 数 ;  为 原 边 所 加 直 流 电 压 , N。 V   V; B 为 交变 工作 磁 通 密 度 , A  mT;  为磁 心有 效  A 面积 ,     mm ; 为导 通 时问 , . 。  s 工作 周期 为 
1  

关 断过程 中承 受过 大 的反 向电压.   单 端反 激 式 开 关 电 源 以 主 开 关 管 的 周 期 性  导 通 和关 断 为 主要 特 征 . 关 管 导 通 时 , 压 器  开 变


丁    7
式中, _ 厂为工作 频率 , 通常 取 3  Hz 0k .  
= D … T 

6 ’  

次侧 线 圈 内不 断 储 存 能 量 ; 关 管 关 断 时 , 开 变 

压 器 将一 次 侧 线 圈 内储 存 的 电感 能 量 通 过 整 流  二 极 管 给 负 载 供 电 , 到 下 一 个 脉 冲 到 来 , 始  直 开
新 的周期 .  
。 

() 7 

当 _为 3) Hz , B 通 常 取 2 4 mT. 过  厂 (k 时 A   3  通

该 电路 结 构 简 单 、 线 容 易 、 本 低 . 由 于  布 成 但 UC 3 4  8 4的采样 电压 不是从 输 出端取 得 , 因此输 出   电压稳 压度 不 高 , 只适 合 于负载 较小 的场合 ] .  

式 () 5 可求 出原 边 匝数 N .    
2 5 副 边 匝数 的确 定  .

原边 绕组 每 匝伏 安数 确定 为 

2 单 端 反激 式变 换 器 设 计 
2 1 标 称功 率 P 和功 率容 量 A .  l  的确 定  标 称功 率 P 的计算 式 为   
P   P : 一o


每匝伏数 =÷p  』    
副边 匝数 确定 为 
Ns  
1厂一   ,

() 8  

o r l  

‘  9

(   2)

式 中 , 为 副边 所 需 电压 , 括 输 出 电压 , 流 二   副 包 整 极管 压降一 般取 0 7V, .  绕组 压 降和 具体 的输 出 电  
路有 关 , 自行 确定 . 需  

式 中 , 换效 率 r . ~( 8 转 l 7 ) . =0 .  因为反激式变换器 的功率较小 , 一般选用铁氧体 

副边 匝数 由副边 所 需 电压 与 每 匝伏 数 比值 求  得 , 常所 计算 出的 副边 匝数 为 小 数 , 虑 到 副边  通 考 低 压大 电流 , 应避 免 使 用半 匝线 圈 , 考 虑 到磁 心  又 磁 路 的饱 和 ( E型 易饱 和) 使得 变 压 器 调 节性 能 变 
差, 因此 这里 取大 的整数 .  

磁心作为变压器 , 其功率容量 A 的计算式为   

A P  赢 p A   n

P  X  ( 1)  

 

式 中 : 为 磁心 截面 积 ,m。A 为磁 心窗 口面 积 , A  c ;   c ;  m  P 为变 压器 的标 称 功 率 , ;  为 磁 心 工 作  W B 的磁 通密 度 ;  为线 圈导体 的电流密 度 , 常取 2 通 ~  3A/   mm  竹为 变 压 器 的转 换 效 率 , 常 取 0 8 ; 通 . ~  0 9 K 为窗 口的填 充 系数 , 常 取 0 2 . ;   .; 通 . ~0 4 K 为磁 心 的填 充 系数 , 于铁 氧体 通常取 1 对 .  
2 2 磁 心 型 号 的 确 定  .

考虑到 副边 匝数 确定后 , 匝的反 激 电压发 生  每 变化 , 必须调 节 占空 比以维持 伏秒 值相 等.  
:  

堑堡堕  

—— 

(( 1) 】  
… 

“ 新 每 匝伏 数 +旧每 匝伏数   
匝数 的确定 与 副边相 同.  
2 6 磁 心气 隙的确 定  . 原边 电感 的确定 为 
L : N2   , + Af

根据得 出的 A。选 定 磁 心 型 号 , E 型 大 都 符  E
合该 要求 , 以假设 所得 A 所  为 2 则选 定 E 4 , E 0型 

(1 ) 1 

第 1期 



诤, : 等 多路 输 出 型单 端 反 激 式 开 关 电 源 设 计 

式 中 ,  通过 所选 取 的磁心材 料查 表得 到. A   磁 心气 隙 的确定 为 


驱动 电路 、 厚膜 驱 动 电路 和专 用 集 成 块 驱 动 电路 .  

本 文 设计 的驱 动 电路 采 用光耦 驱 动 电路 , 主要逻  其
( 2) 1 )  

L = —   
:  

辑部 件是 芯片 , 制 I B 管 的 导通 、 断 和 保 护  控 G T 关
I T. 场上 现有 多种 芯 片 , E B GB 市 如 X 8系列 、 7   M5 9

。  

Lp  

式 中 :  为气 隙长 度 , L mm;  。为 4r 0 ; r×1 ~ N 为  原 边 匝 数 ;  为 原 边 电 感 , L mH;  为 磁 心 面  A
积 , mm。 .  

系列 和 I 1系列 等 , 择 合 理 的芯 片 很 重 要 , R2 选 本 
文 选择 HC L 3 6 , 实现 两种 功能 : P 一 1J 可  
1 )欠 压 锁 定 功 能 ( d rVotg   o kOu , Un e  l eL c   t a  

五路 +1  8V和 一7V输出具 体计算数据 :   标称功  率 P 为 1. 5w , l 13  功率容量  为 0 112 .0  .   考虑到 多路 输 出 的因素 , 择 E 4 选 R 2磁 心 , 则原 

uVL . I B O) 当 G T开 始 时 , 片供 电 电压 由 0 逐  芯 V 渐 上升 到工 作 电压 ( 2 1  . 此 时芯 片 有 输  1 ~ 5V) 若 出, 将会 造成 I T 门限 电压 过 低 , I T 芯 片  GB 即 GB 工 作在 线性 放 大 区 , 可 能 导 致 I T 发 热 烧 毁 . 则 GB  

边绕组 匝数 N口 3 为 4匝 , 副边绕组匝数 (5V) 为 9 2     
匝; 原边 电感 L 为 6 1  p .7mH, 偏置绕组 匝数(8V) 1    为 6匝 , 磁心气隙  为 0 06mm  .5  对 于 +1  与 一7V 的输 出 , 8V   只要 在 2  的  5V 副边 中拉 出一 个抽 头 , 9匝分 为 6匝 和 3匝 , 则 如 
图 2所 示 .  
T a se   r n fr +1 8V 

3 6 芯 片 中 的 UVL 功 能 可 解 决 此 问题. 1J O 若 
输 入 电 压 小 于 1  时 , 出 电平 为 低 电 平 使 得  2V 输 I T关 断 , GB 达到 保护 芯片 I T 的功 能_ . GB 4  ] 2 )过 流保 护功 能. 芯片 3 6 1J中 内置有 7V 电    平, 当检 测 到 由 I T 中 C, GB E两 级 端 输 出 电压 超 

过 7V 时 , 1J芯 片 输 出低 电平 使 得 I B   36 G T关 断 ,  
从 而实 现过 流保 护功 能 .  
3 2 驱 动 电 路 设 计  .

整 个驱 动 电路 的作 用 相 当于一 个 光 耦 隔离 放 
大 电路 , 心部 分 是 芯 片 HC L- 1 J 如 图 3所  核 P 36,
示 . P 一 1 J左 边 的  I , AUL 和 R S T HC L 3 6 N F + T E E  
图 2 副 边 示 意 图 
Fi.2 Sc matc d a r m     e o a y sd   g   he i  i g a ofsc nd r  i e

分别 与 控 制 器 芯 片 ( 为 D P芯 片 ) 连 , 多 S 相 引脚 3  

与 引脚 6之 间 的电阻起 到对 故 障信 号 的放 大作 用 ;  
引脚 3与引脚 4之 间的 电容有滤 波 作用. 当有 干扰 

3 IB   G T驱 动 电 路 和芯 片选 择 
3 1 驱 动 电路 功能介 绍  .

信号 后 , 使 HC L 3 6 能 P 一 1 J正确 接 收 信 息. 脚 1  引 6
与 引脚 1 4之 间 的 C   是 一 个 非 常 重 要 的参 数 ,  

主要 起 到充 电延 时作 用 . 没 有 C L , 系统 启  若 B   当 动芯 片 开 始工 作 ,GB I T的集 电极 端 电压 远 远大 于 

驱 动 电路分 为分 立插脚 式 元件驱 动 电路 、 光耦 

图 3 驱 动 电 路 的 设 计 
Fi .   De i n o   rv ng cr ui  g3 sg   fd ii  ic t

上 海 工 程 技 术 大 学 学 报 

第 2 卷  5

7V,   则会错 误 地 发 出 短路 故 障 信 号 , 输 出 直 接  使
关断 . 即使 当 芯片 正 常工 作 以后 , 电 极 电压 瞬 间  集

子工 业 出版 社 , 0 1 20 .  

[ ] 张 占松 , 宣 三 . 关 电 源 的 原 理 与 设 计 [ . 京 : 2 蔡 开 M] 北  
电 子 工业 出版 社 , 0 4 20 .  

升高 , 之后 立刻 恢复 正常 , 也会 发 出错 误故 障信 号 ,  
使 I T误关 断. GB  

[ ] 夏泽 中 , 彬 , 军 . 于 UC 8 2的 单 端 反 激 式 开关  3 王 李 基 34 电 源 的设 计 与 分 析 [ ] 电 源 技 术 应 用 ,0J, 1 6 : J. 2( 1 () 8  
6—1   0.

4 结  语   
本 文根据 不 同电路 的特点 和需 求 , 单端 反激  对
式 开关 电源 选 用 了有 反 馈 回路 的 UC 3 4   8 4芯 片 ,   用 双环路 反馈 电路 保证 电路 的稳定 性 . I B 对 G T驱 
动 电路 选 用 3 6 1 J芯 片 , 内 置 丰 富 的 I B 检测  其 G T

E 2 彭 智 刚 , 新 民 , 亦 斌 , .GB 驱 动 电路 [] 电子  4 金 童 等 I T J.
产 品 世 界 ,0 7 2 : 2 2 0 ( ) 1 2—1 3 1 0 2 ,3 .  

[ ] 黄 先 进 , 晓 春 , 斌 , . 能 化 I B 驱 动 电 路 研  5 蒋 叶 等 智 GT 究 [] 电工 技 术 学 报 ,0 52 ( )8 —9 . J. 2 0 ,O 4 :9 3  
[ ] 刘 伟 明 , 忠 尼 . 耦 合 器 HC I 3 6 在 I B 驱 动  6 朱 光 P  1J - G T 电路 中 的应 用 [ ] 空 军 雷 达 学 院 学 报 ,(),2 2 : J. 2( 2 ( ) )8  
1 0— 1 2, 1   1 1 1 6.

及 保护 功能 , 驱 动 电路 更 安 全 可靠 , 成 的开关  使 组 电源 电路解 决 了高频 开关 电源 的控制 问题 .  
参考 文献 :  
[ ] 刘 胜 利 . 代 高 频 开 关 电 源 实 用 技 术 [ .北 京 : 1 现 M] 电 

[ ] 杨 永 清 . 于 UC 8 4的 单端 反激 开 关 电源 设 计 [] 7 基 34 J.  
移 动 电 源 与 车辆 ,0 9 4 : —3 20()1 .  

科技 论 文 写作 中常见 的差 错 ( ) 4 
关 于量 符 号 下 标 的规 范 表 示 
1 凡是 量符 号和 代表变 性数 字 、   坐标轴 名称 及几 何 图形 中表 示 点线 面 体 的字 母 作下 标 时 ,  

采用斜 体 ; 他情 况为 正体 。 其  
例 如 : 体胀 系数 a ( 为体积 量符 号 ) 电能 W i , , …) i      ; ( =1 2 3 ( 代表 变 动性 数字 ) 力  ; 的 Y分量 F (    为坐 标轴 符号 ) A C的面积 s A ; AB  B  

2 量 符号 作下 标 , 其字母 大小 写 同原符 号 ; 源于 人名 的缩写作 下标 用大 写正 体 ; 来 不是来 源  于人 名 的缩写 作下 标 , 般都 用小 写正 体 。 一  

3 符号 为 国际 已规 定 的下标 , 不可 擅 自更改 。   例 如 : 辐射 能 ,   国标规 定 的符号 为 E , 用 E  采  或 者 E辐是不 正确 的 。  

摘 自《 图书编 校质 量认 定细 则 》  


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