武汉**大学2013届毕业论文

传递的能量增加。该模块设定变换器工作于DCM模式，下面给出DCM反激变换器的变压器设计：

1） 一次侧电感L1，在给定的动态范围内，反激变换器工作在DCM模式时二次侧

最大电感：LCA2RL,min?2Vi,2min27?22?10.52???9.62uH；2f(?Vi,min?Vo)22?40.9?103?(2?10.5?18)2LCA2则反激变压器工作于DCM模式时一次侧最大电感：LCA1??2?2.4uH，通

常取变压器的一次侧电感为最大电感的1.5～2倍，这里开关管的工作频率为40.9KHz,输出最大功率为27W，规格为18V/1A+9V/1A，因此RL,min?27?，

?为变压器的匝比，?=2，为使变换器在整个动态范围内工作于DCM，则应满足：L1?LCA1,这里取L1=4.8uH； 2） 一次绕组匝数N1?Vi,mindmax，式中?Bmax、f、?e分别为变压器磁路中磁

?BmaxfAe感应强度的变化量（单位T）、磁芯有效截面积（单位m2）、工作频率（单位?z），这里选择TDK的PC40SEE16-Z型号的磁芯，应用于30W，频率最大为100KHz，?Bmax?Bs?Br?510?95?415mT、选择?e=21.7mm2，所以

N1?10.5?0.63?3.5,取4；

415?10?3?40.9?103?21.7?10?123） 二次绕组匝数N2?N1(Vo?VF)4?(18?0.7)?7.13，这里取7匝； =

10.5Vi,min214） 磁路气隙：由电感的计算公式L1?NG??0?eN12l?可得磁路气隙计算公式

l?=

?0AeN12L14??10?7?21.7?10?12?42?100.908?10=； ??64.8?103.3.2 TLP521线性光耦隔离器性能及设计【21】

光耦隔离反馈作为一种低成本、电路简单的特点而应用于各种隔离变换器

中。TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用

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的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变 化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对 运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 TLP521在应用过程中，需要关注一些参数、曲线，设定正确的静态工作点对于稳定系统的性能相当重要，TLP521的Ic?Vce曲线如下图所示，

从图中可以看到，当If<5mA时，Ic小小的变化，将引起Vce的很大变化，环路增益相当大，对于一个系统来说，高增益将引起系统的不稳定性，所以如果将静态工作点If设置为小于5mA是不合理的；另外，还需要关注CTR曲线（如下图所示），这里CTR?IC， If

因此，本次设计中取If=10mA,具体电路如下图所示：由于TLP521的接入，电路

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输出的取样电阻也会发生变化，如果忽略光耦的发光二极管，则电阻R12、R9并联构成取样电阻，这里设置取样电压为5V，If=10mA,则电阻R12=

5?0.7=430?，?210实际用1K的滑阻代替，因为TLP的线性度不是100%，这里先将R12调整到430?，上电后只需稍作调节即可。经初步计算，反馈端的匹配电阻R8、R13分别取100?、300?，同样，R13也需要用滑阻替代。

+18VREFR7Res21.5KR12TLP521U212VE=1.15V,If=10mARes Adj2430R9Res21K100R8Res243R13Res Adj2300GND D1最终的电路图如下所示：

*1L1C1C2Inductor100uH0.1uF+18C3470uFMUR1520C132200uF1000uF/50vF11.5AD2+9MUR1520C51000uFVCCVC1513C447uFGNDOUT AOUT B1114R2R3C28SSSD810R6100uF2KGNDGNDVREFR7Res21.5KR12TLP521U212VE=1.15V,If=10mARes Adj2430R9Res21KGNDGND+1850/1W50/1W10KFR307IRF640D4R5Res21KC150.1uFQ1CapC182.2nFC6470uFC160.1uF0.1uFC17RT14.7KRes2CT1GNDRD1100U1164367592112VREFOSC OUTSYNCRTDISCCTCMPENIN+IN-GNDUC3525ANGNDL682GNDC19682200K474105UC3525PWM控制电路100R14GND20KSW-SPST862K15413U3OP277CNR13Res Adj2300R8Res243Bat++Bat7S1GND+15DC12VD5Diode 1N4148+18C7R10ContrlRes2330Q2805047uF1+5VR1VinVoutGNDC22CapVolt Reg0.1uF3C847uFC947uF1VR2VinVoutGNDC24Cap0.1uFVolt Reg3C1047uFGNDC25Cap0.1uFC11+947uF2VR3VinVoutGND3C23Cap0.1uF221C26C1247uF-50.1uFVolt RegC27Cap0.1uFGND

说明：图中的VR1、VR2、VR3分别为KA7815、KA7805、KA7905的集成三端稳压芯片，主要给控制板的运放和驱动芯片提供电压，输入端加入了12V的继电器，主要起欠压关断作用，当电池电压低于10.5V的时候，Contrl信号控制三极管8050导通切断开关，辅助电源停止工作。

3.3 全桥逆变电源设计及驱动【6】【9】【14】

单相全桥逆变采用正弦波脉宽调制技术（SPWM），所谓SPWM技术，即是与正弦

波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形；其原理是将正弦波分割成n等分，然后

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将每一等分的正弦波曲线与横轴包围的面积用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，这样的矩形脉冲波称之为SPWM。根据控制信号极性不同，可分为单极性SPWM和双极性SPWM，本文主要研究的是单极性SPWM。

3.3.1 SPWM实现与分析【20】

SPWM实现有两种方案，单边SPWM（即单极性SPWM）、双边SPWM（即双极性

SPWM），本课题主要研究单边SPWM技术；所谓单边SPWM，即是将正弦参考波经过精密整流，翻转到同一边，再与调制波比较生成SPWM波形，其调制波形如图3.3.1a所示：

T100.00m80.00m60.00mAxis label 40.00m20.00m0.00调制波 10KHz参考波 100Hz-20.00m0.00500.00u1.00m1.50m2.00m

图3.3.1a

该课题主要使用模拟的方法生成单边SPWM波形，其主要模块包括问石桥正弦波振荡器、三角波发生器、高速比较器以及驱动隔离；文氏桥正弦波振荡器主要是产生50Hz的参考波，三角波发生器提供载波，频率可调范围10kHz～20KHz，高速比较器完成参考波的等效，三角波和参考波经过高速比较器后，生成等幅不等宽的脉冲波，其中，参考波经过零比较生成同步信号波，用于驱动低频臂的开关管，驱动隔离器主要负责提升驱动信号的幅度和驱动电流、还有区分上下管的零电势参考点，一旦接反将会出现短路现象，或者左右接错，将会只出现半波，这些都是造成逆变失败的主要原因。

下面将分析具体电路参数设计。首先是文氏桥正弦波振荡器，其原理利用了

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