1、 背景知识本实验所研究的是反激式开关电源——带隔离变压器的直流变换器，以36V输入电压，经变换器输出负载电压为7V。
1、引入变压器作用：
1）能使变换器的输入电源与负载之间实现电气隔离，提高变换器运行的安全可靠性和电磁兼容性。
2）选择变压器的变比还可匹配电源电压Ud与负载所需的输出电压Uo ，能使直流变换器的占空比D数值适中而不至于接近于零或接近于l。
3）能设置多个二次绕组输出几个电压大小不同的直流电压。
2、变换器的分类：
1）单端变换器：变换器只需一个开关管，变换器中变压器的磁通只在单方向变化；
2）正激变换器：开关管导通时电源将能量直接传送至负载；
3）反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感中，当开关管阻断时再将磁能变为电能传送到负载；
又因为反激式开关电源元器件少，电路简单，成本低，体积小，可同时输出多路互相隔离的电压，所以该实验采用反激式的方式。
1、 背景知识
2、 设计目的
3、 工具/准备工作
4、 设计步骤及原理
步骤1：设计高频变压器
步骤2：高频变压器的绕制并调试
步骤3：电路原理图的布线及焊接
步骤4：电路调试
5、 设计结果及分析
6、 总结及心得体会
7、 对本设计过程及方法、手段的改进建议
8、 参考文献
反激式变换器的原理图及其工作波形如下图1：
图1 反激式变换器；（a）工作原理图；（b）工作波形图 反激式变换器工作在输出电流连续的状态下，输出电压Uo为：
一般情况下，反激式变换器的工作占空比D要小于0.5。
由反激式变换器的优点及引入变换器原因的陈述，最终拟出本实验题目。
下图为本实验的原理图：
图2 反激式开关电源——带隔离变压器的直流变换器原理图
2、 设计目的本实验的设计目的是实现将36V的输入电压经变压器后降压为7V输出至负载；观察、测量电压Uds，Ucs，Uo波形及电压平均值，与理想波形作对比并对其误差进行分析。
各测量电压理想波形如下：
图3 各测量电压理想波形图 3、 工具/准备工作 所需要准备的工作有：
① 元器件材料的清点；
② 焊接工具的配备；
③ 调试装备及器材；
下图为元器件的材料清单：
图4 元器件材料清单 由于需要绕制高压变压器绕组，因此还需配备美国线规的漆包线及绝缘胶。而绕线则需要NZ-1型手摇电动计数绕线机，实物图如下：
图5 NZ-1型手摇电动计数绕线机实物图 同时，还需要准备焊接元器件的电烙铁，锡条，松香，架台，万用表等焊接必需品。
调试过程，需要准备以下机器：LCR数字电桥，双输出稳压电源，电子负载，双踪示波器，实物图如下：
图6 LCR数字电桥实物图 图7 双输出稳压电源实物图 图8 电子负载实物图 图9 双踪示波器
4、 设计步骤及原理步骤1：设计高频变压器使用专用的变压器设计软件PIXls Designer和PI TRANSFORMER Designer，将需要的参数，如输入电压范围、输出电压要求、偏置电压大小、变压器估计功率、功率因数、额定负载、初级线圈层数、次级线圈匝数等参数输入。
PI软件会根据用户输入的参数给出一个合理的变压器参数：初级线圈、反馈线圈、次级线圈的层数、匝数、线经大小、绕制的方向、气隙大小、线圈与线圈之间的胶带的层数、骨架型号、磁芯型号、浸漆要求等，然后根据这些参数绕制变压器。
步骤2：高频变压器的绕制并调试一：变压器各绕组的绕制
根据上个步骤所得的参数进行变压器的绕制，在绕制变压器之前先给骨架的脚编上一个号码。将骨架固定于NZ-1型手摇电动计数绕线机上，并以左上角为1脚，然后逆时针递增至8脚。而本实验需要绕制一个输入电压为36V，输出电压为7V的变压器，而各线圈的绕法如下：
初级绕组的绕制方法：从引脚2开始，使用线径0.29毫米的漆包线绕骨架29圈， 在引脚1结束，绕完后用绝缘胶布裹两层。（注：凡是一层绕不完的应先裹一层绝缘胶后再继续绕完30圈。）
偏置绕组的绕制方法：从引脚4开始，使用线径0.29毫米的漆包线绕11圈（x 2线）。沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制，使绕组均匀分布在整个骨架上，并在引脚3结束该绕组。添加1层绝缘胶带以进行绝缘。
次级绕组的绕制方法：从引脚6开始，使用材料0.4毫米的漆包线绕6圈（x 2线），使绕组均匀分布在整个骨架上，沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制，在引脚5结束该绕组。添加1层绝缘胶带以进行绝缘。
二：引脚的焊接
将骨架各引脚处的漆包线与引脚焊上锡，然后运用万用表的导通档分别对1,2；3,4；5,6脚进行导通测试。测试前需进行万用表两表头短接测试，检查万用表的导通档位是否正常。万用表检查完毕后，可对各引脚进行测试。若接触两引脚时，万用表有响应，则说明焊接顺利，无虚焊；若万用表无响应，则需再次进行焊接的步骤。
三：高频变压器的调试
焊接检查完毕并都无虚焊时，则进行高频变压器绕组电感量的测试。由于本实验要求输出为7V1A，因此，该变压器理想的额定初级电感量为100uH（正负偏差10%）。
该过程需用到LCR数字电桥，且在调试前需对数字电桥进行开路清零与短路清零以减少误差。
数字电桥清零结束后，再将所绕好的骨架插入配套的铁芯，然后用绝缘胶将铁芯两侧裹紧。（注：铁芯需紧贴。）
准备工作完成后，将数字电桥的红夹头夹紧1脚，黑夹头夹紧2脚，以测试初级绕组的电感量。夹头不能与其他引脚接触，使其他引脚处于开路状态。
若所显示的初级绕组电感量在理想电感量的误差范围内，则调试结束；若电感量过大，则在铁芯中心贴绝缘胶增大漏感再进行测试，反复调试得出最优值；若电感量过小，则重新绕制线圈。
步骤3：电路原理图的布线及焊接一：正确选择单点接地
通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。
在本开关电源中，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路 中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。
二：原理图布线的原则
(1)布线方向:从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修(注:指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下)。
(2)设计布线图时走线尽量少拐弯，印刷弧上的线宽不要突变，导线拐角应≥90度，力求线条简单明了。
(3)印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题.因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。
三：线路导通性的检测
用万用表的导通挡对实物图反面的走锡线路进行短路与断路两个方面的检测。
测试是否断路时，将万用表两表笔分别与所连接的锡柱两端接触，若万用表有响应，则没有断路；反之则进行补锡。
测试是否短路时，将万用表两表笔分别与期待断路的锡柱两端接触，若万用表无响应，则没有短路；反之则进行锡的隔离。
步骤4：电路调试一：调试前准备
该步骤需要利用双输出稳压电源、电子负载还有测波形所用的双踪示波器。
双输出稳压电源每端输出最大值为30V，因此，可以将两路各调18V相连，合并成36V的稳压输出电源。
电子负载调至100欧姆。
双踪示波器两探头调至10倍衰减挡。
用万用表的导通挡再次检测输入输出正负极是否短路，确保电路的安全性。
二：调试开始
以上工作完成后，开始进行电路的调试。在电源断开的状态下，分别将稳压电源和电子负载的正负极正确的连接至电路板的正负极。
打开电源，同时开启双踪示波器。本实验只需一个探头，因此这里只用CH2。将CH2探头的夹子端夹输入的负极；钩子端分别钩DPA422PN芯片的C、D脚，以测Ucs、Uds的波形及平均电压值。
最后测量输出电压Uo，将示波器CH2探头的夹子端夹输出的负极，钩子端钩输出的正极测量Uo的波形。同时观察测量期间，负载电压为多少。若负载电压在7V误差允许的范围内，则调试结束；反之则认真检查线路走线是否有误，是否有缺漏，若线路无误，则再次检测变压初级电感量是否在误差允许范围内。若以上都没问题，则可在反馈电路处着手，对反馈电路电阻值进行增减，也可以串联一个电位器，以方便调试。
5、 设计结果及分析经过步骤四电路的调试，可得如下波形图及电压数值：
（b）
（a）
（c）
图11 调试波形图及电压大小；（a）Uc的波形图及电压大小；（b）Ud的波形图及电压大小；（c）Uo的波形图及电压大小；（d）输出负载电压大小 由调试所得的各波形图在误差范围内达到了预设的结果，因此波形测试成功。
此时，所测得的电压平均值，Uc=5.95V；Ud=13.2V；Uo=6.05V；
观察电子负载，可得此时输出负载电压为6.242V，在理想负载输出电压6V的误差允许范围内，因此，调试结束。
6、 总结及心得体会通过对开关电源相关知识的了解及查阅，我对其有了相当大的知晓，首先可以确认的是，开关电源在我们生活中必不可少，其应用的范围很广。与其相对的还有一种铁芯变压器电源，为此我来将开关电源与其比较下有些什么优点：一是节能。绿色电源是开关电源中用途最为广泛的电源，它的效率一般可达到85%，质量好的可以达到95%甚至更高，而铁芯变压器的效率只有70%或者更少。最近欧盟和美国消费者协会统计，美国一般家用电器和工业电气设备的单机能源消耗指数大于92%。美国的“能源之星”对电子镇流器、开关电源以及家用电器的效率都制定有很仔细的、非常严格的规章条款。二是体积小，重量轻。据统计，100W的铁芯变压器的重量为1200g左右，体积达350，而100W的开关电源的重量只有250g，而且敞开式的电源更轻，体积不大铁芯变压器的1/4。三是开关电源具有各种保护功能，不易损坏。而其他的电源由于本身原因或使用不当，发生短路或断路的事故较多。四是改变输出电流，电压比较容易，且稳定、可控。五是根据人们的要求，可设计出各种具有特殊功能的电源，以满足人们的需要。
通过这次设计使我懂得了理论知识与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力。在设计的过程中遇到的问题可以说是困难重重，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握的不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对电路的焊接掌握的不好通过这次设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
7、 对本设计过程及方法、手段的改进建议在设计布线图的时候尽量让线路整齐一点，这样在焊接的时候会方便很多。由于电路板的空间有限，所以在走线的时候尽可能密集一点。
8、 参考文献
【3】百度文库.高频变压器制作流程
【4】百度百科.反激
附加文件
电力电子综合创新性实验.rar
(12.85 MB, 下载次数: 45)
| 
QQ好友和群
QQ空间
腾讯微博
腾讯朋友
收藏
淘帖
顶
踩
