基于mt7930的開關電源的設計畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 電網絡的電流諧波污染。MT7930工作在DCM和恒定關斷時間模式。電流控制通過檢測源邊電學參數，MT7930能夠精確調節LED電流。LED電流能夠通過下面的公式很容易地設置：式中Np是源邊繞組，Ns是次級繞組；(=400mV)是內部參考電平，Rs是一個外部電流感應電阻。啟動過程啟動過程中，VDD通過一個連接到母線的啟動電阻充電。當VDD達到18V時，控制邏輯就開始工作，柵極驅動腳（DRV)開始輸出脈沖信號。軟啟動功能保證啟動過程中變壓器不會進入CCM (持 續導電模式）。如圖312所示。圖312 啟動過程 圖313 功率因數校正一旦輔助繞組上的電壓升得足夠高，芯片的電源將由輔助繞組提供。MT7930邏輯控制開始工作后。，則MT7930將自動關閉 (UVLO閥值電壓）。 功率因數校正在外部MOS管的導通時間內，源邊電流會從0mA 線性增加到峰值，該電流通過感應電阻由CS腳檢測到。當源邊電流達到閥值極限，MT7930會立即關閉MOS管。經過恒定的關斷時間Toff后， MT7930會再次開啟MOS管。峰值電流的閾值會跟蹤整流后的母線電壓的正弦波形。因此，電感電流的包絡也是正弦波形，因而可實現高功率因數，如圖313所示。輔助繞組電學參數檢測MT7930具有短路、開路和過流保護等功能，這些功能都是通過檢測輔助繞組的波形信息來觸發的。 因為在MOS管關斷時間內，輔助繞組電壓與輸出電壓成正比。輔助繞組電壓是在DRV信號結束后 經過一個前沿消隱時間延時，由DSEN腳采樣檢測。過電壓保護MT7930內置兩個過壓保護機制：（1），則被判定為輸出開路。 MT7930將關閉PWM開關信號，VDD電壓逐漸降至UVLO閥值，并進入重啟模式。輸出電壓的 過壓保護閥值Vout_ov可以由下式來設定：式中Ns是次級繞組，是輔助繞組，是次級繞組整流二極管的正向壓降。(2)，MT7930自動關閉PMW信號，VDD逐步降至UVLO閥值， 并進入重啟模式。建議設計合適的變壓器到的比例，將VDD電壓設置在12V16V之間。 短路保護如果DSEN腳電壓在持續640us的時間內檢測到低于200mV，則開啟短路保護功能。柵極驅動信號將停止。當VDD電壓逐漸降到低于UVLO閥值時，系統將進入重啟模式。上述重啟過程將一直重復，直到短路消除。過流保護，MT7930將立即關斷功率MOS管。這種每周期過流檢測的方式保護了相關的元器件免于損壞，如功率MOS管，變壓器等。 MT7930與其他控制器比較的優缺點分析由MT7930集成電路構成的開關電源具有以下優點：管腳數量少，外圍電路簡單，價格低廉；MT7930采用SOP8封裝，體積非常小，同時只需極少的外圍器件感應源邊的電學信息，就可以精確地調節LED電流，而不需要光耦及副邊感應器件，電流調整率好；MT7930是一款恒流控制集成芯片，具有很高精度的電流調節能力，調整范圍在；源邊感應及恒流機制，無需光耦，內置脈沖前沿消隱；輸出驅動能力強，可驅動50W的電源。具有過流、過壓、短路、開路保護和欠壓鎖存功能。 EMC部分的設計電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。對于供電電源，常由于負載的通斷過渡過程、半導體元器件的非線性，脈沖設備及雷電的耦合等因素，而成為電磁干擾源。因此，供電電源電磁兼容的設計也是一個非常重要的部分。供電電源電磁兼容的設計方法為 ：（1）采用交流電源濾波器。由于交流電源濾波器是低通濾波器，不妨礙工頻電能的通過，而對高頻電磁干擾呈高阻態，有較強的抑制能力。使用交流電源濾波器時，應根據其兩端阻抗和要求的插入衰減系數選擇濾波器的型式。要注意其承受電壓和導通電流的能力，屏蔽與機殼要電氣接觸良好，地線要盡量短、截面足夠大，進出線要遠離，而且濾波器應盡量靠近供電電源。（2）交流電源變壓器加靜電屏蔽 。由于電源變壓器初、次級間存在分布電容，進入電源變壓器初級的高頻干擾能通過分布電容耦合到電源變壓器的次級。在電源變壓器初、次級間增加靜電屏蔽后，該屏蔽與繞組間形成新的分布電容。將屏蔽接地，可以將高頻干擾通過這一新的分布電容引入地，從而起到抗電磁干擾的作用。靜電屏蔽應選擇導電性好的材料，且首尾端不可閉合，以免造成短路。（3）脈沖電壓的吸收。對脈沖電壓的電磁干擾可以采用壓敏電阻、固體放電管或瞬態電壓抑制二極管來吸收。當脈沖電壓吸收器件承受一個高能量的瞬態過電壓脈沖時，其工作阻抗能立即降到很低，允許通過很大的電流，吸收很大的功率，從而將電壓箝制在允許的水平內。壓敏電阻或固體放電管可應用于直流或交流電路。單向瞬態電壓抑制二極管應用于直流電路，而雙向瞬態電壓抑制二極管應用于交流電路。使用脈沖電壓的吸收器件時，應選擇其額定電壓略高于設備的最大工作電壓，以保證無脈沖電壓時，吸收器件的功耗最少；當有脈沖電壓時，其箝位的電壓應低于設備的最高絕緣電壓，以保證設備的安全；其通流能力應大于脈沖電壓所產生的電流。 （4）直流電源的電磁兼容措施有：①整流電路的高頻濾波即在整流管上并聯小電容（）進一步濾掉從變壓器進入的高頻干擾。②直流退耦即在直流電源和地之間并聯2個電容，大電容（10～100μF）濾掉低頻干擾，小電容（～）濾掉高頻干擾。 本設計采用壓敏電阻和其它電力電子器結合的方法設計EMC電路，當電路輸出要求在7W時，電容CY1取33nF；當電路輸出要求在6W時，電容CY1取22nF；當電路輸出要求在5W時，電容CY1取10nF。其電路設計圖如下圖42所示：圖42 EMC電路的設計整流橋電路由4個整流二極管D1～D4接成橋式組成。每個二極管所承受的最高反相電壓為（為全波整流的一半）。橋式整流二極管的平均電流為：考慮到二極管要承受濾波電容在開機時產生（7～8）倍的沖擊電流，取，所以8*=，耐壓為400V，選用IN4007作為整流電路。濾波電容的濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路以后接入一個較大容量的電解電容，利用起充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數十至數百微法的電解電容。濾波電容的選取: ；取電容的耐壓為630V，容量為680nF的電解電容。 起動電阻和電容的設計啟動過程中，VDD通過一個連接到母線的啟動電阻充電。當VDD達到18V時，控制邏輯就開始工作，柵極驅動腳（DRV)開始輸出脈沖信號。該電路在輸入為85V以上時，MT7930的啟動電壓時，啟動電流為正常工作時的偏置電流為，輸入電壓，采樣電阻為：根據采樣電阻進行電壓反饋，使負載電流穩定。其穩壓原理是：若輸出電壓偏高，采樣反饋的信號也偏高，與MT7930芯片內部的誤差放大器的基準電壓比較后的電壓偏低，導致占空比的寬度變窄，引起輸出電壓下降；反之亦然。 高頻變壓器的設計電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術中和電力電子技術中得到廣泛的應用。根據傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～，～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設計也不一樣。高頻電源變壓器是工作頻率超過中頻（10kHz）的電源變壓器，主要用于高頻開關電源中作高頻開關電源變壓器。傳送功率比較大的，工作頻率比較低；傳送功率比較小的，工作頻率比較高。這樣，既有工作頻率的差別，又有傳送功率的差別。 現在，輕、薄、短、小，成為高頻電源的發展方向，是強調降低成本。在非隔離變換器中出現很多缺陷，例如：輸入、輸出無法隔離會對系統安全性存在隱患，輸入、輸出的電壓和電流比很大以及無法實現多路輸出等問題，這些局限要靠變壓器來克服。高頻變壓器在主電路中主要起隔離、降壓和實現多路輸出的作用。占空比的選擇：為了使恒定，在直流電壓輸入最低時，占空比最大；在直流輸入電壓最大時，占空比最小。當時一般最大占空比。但受到開關管的工作速度影響，實際上﹤，一般取＝～。當開關晶體管關斷時高頻變壓器上的能量全部釋放，初級繞組的峰值電流為，磁芯截面積的選擇，一般輸出功率（W）與磁芯截面積的經驗關系式為：根據電源容量和效率確定電源的輸入功率。因為電源的輸出功率為：＝7W系統的效率為：η＝80％，則輸入功率為：；又因為電源模塊的工作頻率＝40kHz，所以由磁芯選擇表可以選擇磁芯為：錳鋅軟磁鐵氧體材料，建議為 R2KB 或 3C90 系列功率材料；采用 EE16 磁芯，骨架為臥式、引腳 5+5；初級電感量=700uH，采用磁芯中間磨氣隙的方法，以 700uH 為中心值，偏差不超過177。10%； 漏感盡量小； 繞線參數，見下表，名稱引腳(始→終)Wire 248。TurnsMaterial(mm)骨架骨架上Lp11（MOS 的漏極）→2（外徑）60普通漆包線La4（輔助繞組）→5（初級側地）（外徑）19普通漆包線LsT+（次級繞組）→ T（次級側地） (內徑)28三重絕緣線shield5（初級側地）→NC（外徑）50普通漆包線Lp22→3（橋式整流后正極）（外徑）56普通漆包線其中的“Ls”繞組，T+到 T，繞線的起始、終點兩個線頭不繞在引腳上， 讓 T+ 和 T 兩個線頭懸在外面，并在 T上標記黑色， 每個外懸線頭的長度 15mm（其中剝皮浸錫部分的長度為 3mm）。 變壓器外加屏蔽銅帶：5mm 寬，首尾相連，外包膠帶 2 層；抗電強度（初級次級）：AC3750V / 60S，電流小于 1mA；繞線后剪短 2 腳，剪掉 9 腳； 成品浸漆。 PCB板的設計本章小結： 本章詳細介紹了控制芯片MT7930的結構、控制原理和控制方法，比較了MT7930和其它控制芯片的優缺點，從中設計了一款合適的基于MT7930的LED恒流電源。對電源的EMC部分、整流濾波部分、起動電阻電容部分和高頻變壓器部分都作了詳細設計。致謝結束語結束語：本人以MT7930為脈寬控制器，根據指導老師提供的技術參數，通過EMC電路、整流濾波電路、啟動電路、高頻變壓器電路等組成具體的設計，形成一個實用的“基于MT7930的LED燈開關電源的設計”。根據論文的設計要求，做到了能輸入電壓AC85V～AC264V，輸出恒流 350mA（能驅動 5～7 串 1W 的 LED 燈）。輸入電流： (有效值)；全電壓輸入時，功率因數： ；總諧波失真 THD： 12%；220V、滿載時，效率： %；輸出電流：350mA；線性調整率： 177。1%；輸出電壓：14V～；LED 燈開路：自恢復模式，不斷重新啟動，輸入功率 @ AC220V 輸入，輸出電壓 35V；LED 燈短路：自恢復模式，不斷重新啟動，輸入功率 。同時，也設計了該LED燈的具體電路板，包括原理圖和PCB板的設計。但由于缺少部分元器件和條件，未能做出實物，比較可惜。致謝致謝在我完成這篇《基于MT7930的LED燈開關電源的設計》畢業論文期間，指導老師楊柏松老師對涉及到的知識點上的耐心地輔導，在資料的查找上給了我很大的幫助，在其它等等的方面上給予了我耐心的，明確的指導。指導老師的學識，處理分析問題的能力使我敬佩；將科學知識與實踐的結合能力以及實驗的方法在整個設計過程中使我受益匪淺，在我所取得的設計結果中包含了導師很多的功勞，在此謹向導師以衷心的感謝！此外，感謝班上同學給予我的幫助，能夠在這樣一個團結向上的團隊中學習、工作我深感幸運和深表感謝！參考文獻參考文獻 羅先覺，電路，高等教育出版社，2009年6月 童詩白，華成英，模擬電子技術基礎，高等教育出版社，2009年12月 王水平，賈靜，方海燕，開關穩壓電源原理及設計，人民郵電出版社，2008年7月 周志敏，周紀海，紀愛華，單片開關電源，電子工業出版社，2004年9月 李繼凱，李新超，現代電子技術工程設計與實踐，化學工業出版社，2010年8