开关电源参数计算
开关电源参数计算(带PFC)
PFC电路原理及其相关计算
By Stanley QE Department,QRA LITEON electronics (Dongguan) co.,LTD
LITE ON
一.PFC电路基本原理
一.简介
稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特 性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源 设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。并且在电力品质与电力性能方面 也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想 的能源使用率等等，都是设计电路必须考虑的问题，而电源转换器之功率因 数则直接影响上述性能。 一般而言，提升功率因数直接影响下述问题： 1.杂讯干扰问题。 由于桥式整流所所产生之输入电流一不规则且不连续之脉动电流，含有大 量之高频谐波，因此对于一些电子周边设备将产生一些不必要的干扰，。故 为了抑制高频谐波电流干扰必须利用外加电路来修正输入电流使其接近正弦 ，如此方能降低输入电流中之高频谐波含量进一步克服杂讯干扰的问题。
从上述解中可得到一个隐函条件,即Y≧0. 因为主MOS管在道通时,变压器的 电流不可能下降.所以从Y≧0条件中解得 U0/ D主η2U0高压≧1/N
得
LITE ON
D≦U0N/η2U0高压 即主MOS管的最大占空比 因为在二次侧应属于降压型电路,则输入与输出应符合 输出=输入*D 对于此电路应有 U0=D主U0高压/N 可得: D主= U0N /U0高压 将D主=U0N/ U0高压代入L得表达式有 X=I0/N Y=2(1-η2)I0/Nη2 L=U0N2η2/(2I0F主(1-η2)) 将U0=12V, N=11, η2 =0.5, I0=1A(实际测得在输出电流为1A时,电源效率 为46.5%,考虑到此效率是变压器前端至输出的效率 ,所以取η2 =0.5),F主 =70KHz 代入L的表达式得到L的感值大小 L=10.37mH (实际测得11.2mH)
开关电源参数计算精
1.原理图2.技术指标(1 输入电压:185V AC~240VAC(2输出电压1：+5VDC,额定电流1A，最小电流750mA ; (3输出电压2:+12VDC, 额定电流1A，最小电流100mA ; (4输出电压3:-12VDC ,额定电流1A，最小电流100mA ; (5输出电压4:+24VDC,额定电流1.5A，最小电流250mA ;(6输出电压纹波:+5V,±12V :最大100mV (峰峰值；+24V:最大250mV (峰峰值(7输出精度:+5V,±12V撮大± 5%; +24V:最大± 10%; (8效率:大于80% 3.参数计算(1输出功率：5V 112V 1224V 1.565out P A A A W =x + xx +x = (3-1 (2 输入功率：6581.2580%0.8out in P WP W ===(3-2 (3直流输入电压:采用单相桥式不可控整流电路(max240VAC 1.414=340VDCin V =x (3-3 (min185VAC 1.414=262VDCin V =x (3-4 (4最大平均电流：(m a x(m i n 81. 250. 31262inin in P W I A V V=(3-5(5最小平均电流： (min(max 81.250.24340 in in in P WI A V ==(3-6 (6峰值电流：可以采用下面两种方法计算，本文采用式(3-8的方法。
(minmax (min(min225581.251.550.4262out out out Pk C in in in P P P W I I A V D V V V x =====x (3-7 min 5.55.581.251.71262out Pk C in P W I I A V V x ==(3-8 (7 散热:基于MOSFET的反激式开关电源的经验方法:损耗的35%是由MOSFET产生, 60%是由整流部分产生的。
开关电源计算参考
根据技术指标的要求，输入功率约为62.5W，则原边峰值电流为:Ipk=2Po/(Vin(max)Dmax)=0.69A (1)式中：Po为输出功率，50W；Vin(max)为交流电压的最大值(取240V)经过整流后得到的直流电压的数值，取288V；Dmax为最大占空比，取0.5。
变压器的初级电感量为:Lp=Vin(max)×Dmax/(Ipk×f)=4.02 mH (2)式中：Vin(max)为交流电压的最小值(取185V)经过整流后得到的直流电压的数值，取222V；Dmax为最大占空比，取0.5；f为工作频率，40 kHz。
利用AP法选择最小尺寸的磁芯Ae×Ac=Lp×Lpk×106/(j×Ke×Kc×△Bmax ) = 15.7×103mm4 (3)式中：Lp为前面计算的变压器初级电感量；Ipk为原边峰值电流；j为电流密度(A/mm2 )，这里取为3；Ke为铁芯截面有效系数，选用铁氧体铁芯，Ke=0.98；Kc为铁芯窗口的有效利用系数，取0.3；△Bmax为磁通密度的最大变化量，取0.2据此可选EI33型磁芯，其Ae=9.7×12.7=123.19mm2,Ac=7.3×19.2=140.16mm2(其Ae×Ac=17.3×103mm4)导线截面积为Sx=Iin(max)/j=0.28/3=0.09 mm2 (4)可选择直径为0.41 mm的漆包线。
初级匝数为:Np= Vs×ton/(△Bac×Ae)=123 (5)式中：Vs为原边所加的直流电压的平均值，取264V；ton为最大占空比下的开通时间，为1.2×12.5×10-6s。
次级匝数为Ns=Np×U2/U1=24.6，取25。
式中：U2/U1为变压器原副边的电压比，根据经验数值以及所选开关管的耐压值(500 V)，设定原副边的电压比为5：1)。
开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总
开关电源设计中最常用的几大计算公式汇总在开关电源设计中，有几个常用的计算公式可以帮助工程师进行准确的设计，以下是几个常用的计算公式的汇总：1.电容选择计算公式：开关电源中的电容主要用于滤波和储能，电容的选择需要考虑到输出的纹波电压、负载变化和效率等因素。
常见的电容选择公式如下：C=(ΔV×I)/(f×δV)其中，C是所需的电容容值，ΔV是允许的输出纹波电压，I是负载电流，f是开关频率，δV是峰值纹波电压。
2.电感选择计算公式：电感主要用于存储能量和滤波，选择适当的电感能够提高开关电源的效率。
电感选择的计算公式如下：L = ((Vin - Vout) × D × τ) / (Vout × Iout)其中，L是所需的电感值，Vin是输入电压，Vout是输出电压，D是占空比，τ是瞬态时间，Iout是负载电流。
3.开关频率计算公式：开关频率是开关电源设计中重要的参数，可以影响到效率、尺寸和成本等因素。
开关频率的计算公式如下：f = (Vin - Vout) / (Vout × L × Iout)其中，f是所需的开关频率，Vin是输入电压，Vout是输出电压，L是选择的电感值，Iout是负载电流。
4.整流二极管选择计算公式：整流二极管用于将开关电源的交流输出转换为直流输出，选择适当的整流二极管可以减少功耗和散热。
整流二极管选择的计算公式如下：Iavg = (Iout × η) / (1 - η)其中，Iavg是整流二极管的平均电流，Iout是负载电流，η是开关电源的效率。
5.功率开关管选择计算公式：功率开关管主要用于开关转换和功率调节，选择适当的功率开关管可以提高效率和可靠性。
功率开关管选择的计算公式如下：Pd = (Vin - Vout) × Iout / η - Vout × Iout其中，Pd是功率开关管的功耗，Vin是输入电压，Vout是输出电压，Iout是负载电流，η是开关电源的效率。
开关电源参数计算
开关电源参数计算开关电源是一种将输入电压按照一定的方式进行变换和调节，得到一定输出电压和电流的电源设备。
它具有高效率、小体积和大功率特点，在现代电子设备中广泛应用。
开关电源的参数计算是设计开关电源过程中的一项核心工作，下面将从输入电压和输出电压、电流的计算以及开关电源的功率和效率计算等多个方面进行详述。
一、输入电压和输出电压的计算：1.输入电压计算：开关电源的输入电压一般通过交流电源转换得到。
在计算输入电压时，需要根据实际使用情况来确定。
常见的输入电压有220VAC和110VAC两种，可以根据实际需求来选择。
2.输出电压计算：输出电压是开关电源的主要参数之一，根据实际需求来确定。
一般情况下，输出电压为12V、24V、48V等常见的数值。
根据所驱动的设备对电压的要求来确定输出电压的数值。
二、输出电流计算：1.设备功率计算：开关电源的输出电流与所驱动的设备功率直接相关。
在计算输出电流时，首先需要确定设备的功率需求。
常见的功率单位为瓦特（W），可以根据设备的额定功率来确定所需的输出电流。
2.电流保护系数计算：在计算输出电流时，还需要考虑到设备的运行可靠性和安全性。
一般情况下，会在设备的额定功率基础上乘以一个电流保护系数，以提供足够的电流储备。
电流保护系数一般为1.2-1.5，具体数值可以根据设计需求来确定。
3.输出电流计算：通过设备功率和电流保护系数的计算，可以得到所需的输出电流。
输出电流的单位为安培（A）。
三、开关电源的功率和效率计算：1.开关电源的功率计算：开关电源的功率指的是输入电源和输出电源之间的能量转换效果。
功率是根据输出电压和输出电流计算得到的，单位为瓦特（W）。
2.开关电源的效率计算：开关电源的效率是指输入电源和输出电源之间能量的转换效率，一般用百分比表示。
开关电源的效率可以根据输入功率和输出功率进行计算。
开关电源的效率一般在85%以上，高效率的开关电源能够更好地降低能耗，提高能源利用率。
开关电源参数计算详细推导过程
(V =
IN
* D *T
) *F
2
SW
*η
2 * POUT
有： T =
LP
(V =
IN
IN
* D *T
) *F
2
SW
*η
2 *VOUT * I OUT
=
(V
2
IN
* D *T
) *η
2
2 *VOUT * I OUT *
IN
(V =
* D *T
2 *VOUT * I OUT * T
) *η = (V
TSW * I P − P =
1 2 POUT 2 POUT 2 POUT * C * I P− P = + +π * N FSW FSW *η *VIN F *η * (V + V ) * P FSW *η SW OUT F NS FSW * 1 2 POUT * I P − P = FSW * + FSW * FSW FSW *η *VIN F 2 POUT
di VIN V *T ，在关闭之前其值到达最大： I P − P = IN ON = dt LP LP
一个开关周期内传输的能量即输入功率： PIN = 等同： PIN =
1 * LP * I 2 P − P * FSW 2
1 1 * LP * I 2 P − P * 2 T P V *I POUT *100% 推导出 PIN = OUT = OUT OUT η η P IN 1 V *I * LP * I 2 P − P * FSW = OUT OUT 2 η
2
* D ) * T (VIN * D ) * T (V * D ) = = IN V *I 2 * PIN 2 * PIN * FSW 2 * OUT OUT η
最全开关电源相关计算
最全开关电源相关计算开关电源是一种将不稳定的电压转换成稳定的输出电压的电源装置。
它采用了开关管（通常是MOS管）的开关动作，通过时序控制产生一个高速的开关电压，然后通过电感和电容进行滤波以得到稳定的输出电压。
开关电源的效率高、体积小、重量轻且可靠性强，因此在现代电子设备中得到广泛应用。
在设计和计算开关电源时，一般需要考虑以下几个方面：1.输入功率计算：输入功率（Pin）是指从交流电源输入到开关电源的实际功率，可以通过以下公式计算：Pin = Vac × Iac × Power Factor其中，Vac是交流电源的电压值，Iac是交流电源的电流值，Power Factor是功率因素。
2.输出功率计算：输出功率（Pout）是指开关电源输出的电功率，可以通过以下公式计算：Pout = Vout × Iout其中，Vout是开关电源的输出电压值，Iout是开关电源的输出电流值。
3.开关电源的效率计算：效率（η）是指开关电源输出功率与输入功率之间的比率，可以通过以下公式计算：η = Pout / Pin × 100%4.输出电压波动计算：输出电压波动（Vripple）是指开关电源输出电压的纹波（波动），可以通过以下公式计算：Vripple = (ΔI × DT) / (2 × C)其中，ΔI是输出电流的波动值，DT是开关频率下通导时间的百分比，C是输出电容值。
5.电感电流峰值计算：电感电流峰值（Ipeak）是指开关电源输出电感上的最大电流值，可以通过以下公式计算：Ipeak = Iout + (ΔI / 2)其中，Iout是开关电源的输出电流值，ΔI是输出电流的波动值。
6.输出电容计算：输出电容（Cout）是为了减小输出电压波动而加入的电容，可以通过以下公式计算：Co ut = (ΔI × DT) / (2 × Vripple)其中，ΔI是输出电流的波动值，DT是开关频率下通导时间的百分比，Vripple是允许的输出电压波动值。
正激式开关电源变压器参数的计算
正激式开关电源变压器参数的计算激式开关电源的变压器是系统中的重要组成部分之一，它用来将输入电压转换为适当的输出电压，并通过变压器来隔离输入和输出电路。
本文将详细介绍激式开关电源变压器参数的计算方法。
演绕比：激式开关电源变压器的演绕比是指主、副绕组之间的匝数之比。
主要由输入电压和输出电压决定。
一般情况下，演绕比为输出电压与输入电压的比值。
变比:变比是指主、副绕组的匝数之比。
变频比:变频比是指主、副绕组的频率之比。
变容比:变容比是指主、副绕组的容量之比。
变压比:变压比是指主、副绕组的电压之比。
计算转换比例时，需要考虑到输入输出电压、输入输出电流、变压器类型、功率及效率等因素。
在选择变压器时，需要根据设计需求确定转换比例。
以下是变压器参数计算的一般步骤：1.确定输入电压和输出电压：根据设计要求，确定所需的输入电压和输出电压。
2.计算变压比：根据输入电压和输出电压计算变压比。
变压比等于输出电压除以输入电压。
3.确定功率：根据设计要求，确定所需的功率。
4.选择变压器类型：根据功率、效率和空间要求，选择适当的变压器类型，例如EI型、EE型、EFD型等。
5.计算变压器匝数：根据变压比和变压器类型，计算主、副绕组的匝数。
根据变压比，副绕组的匝数等于主绕组的匝数乘以变压比。
6.计算电流：根据输入电压、输出电压、变压比和功率计算输入电流和输出电流。
输出电流等于功率除以输出电压，输入电流等于输出电流除以变压比。
7.验证：验证所计算出的参数是否满足设计要求，如功率、电流、限制条件等。
8.选择合适的变压器：根据所计算出的参数，选择合适的变压器。
考虑到输出功率大小和变压器的效率等因素。
在进行激式开关电源变压器参数计算时，需要注意以下几个问题：1.选择合适的变压器类型，根据功率、效率和空间要求进行选择。
2.变压器参数的计算必须满足设计要求，如功率、电流、效率等。
3.对于高功率和高效率要求的激式开关电源，需要根据具体设计要求选择专业的变压器供应商。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）输入电压：185V AC~240V AC（2）输出电压1：+5VDC ，额定电流1A ，最小电流750mA ； （3）输出电压2：+12VDC ，额定电流1A ，最小电流100mA ； （4）输出电压3：-12VDC ，额定电流1A ，最小电流100mA ； （5）输出电压4：+24VDC ，额定电流1.5A ，最小电流250mA ；（6）输出电压纹波：+5V ，±12V ：最大100mV （峰峰值）；+24V ：最大250mV （峰峰值）（7）输出精度：+5V ，±12V ：最大± 5%；+24V ：最大± 10%； （8）效率：大于80% 3. 参数计算 （1）输出功率：5V 112V 1224V 1.565out P A A A W =⨯+⨯⨯+⨯= （3-1）（2）输入功率：6581.2580%0.8out in P WP W === （3-2） （3）直流输入电压：采用单相桥式不可控整流电路(max)240VAC 1.414=340VDC in V =⨯ （3-3） (min)185VAC 1.414=262VDC in V =⨯ （3-4）（4）最大平均电流：(max)(min)81.250.31262in in in P WI A V V=== （3-5） （5）最小平均电流：(min)(max)81.250.24340in in in P WI A V === （3-6） （6）峰值电流：可以采用下面两种方法计算，本文采用式（3-8）的方法。
(min)max (min)(min)225581.25 1.550.4262out out out Pk C in in in P P P WI I A V D V V V ⨯======⨯ （3-7）min 5.5 5.581.25 1.71262out Pk C in P WI I A V V⨯==== （3-8） （7）散热：基于MOSFET 的反激式开关电源的经验方法：损耗的35%是由MOSFET 产生，60%是由整流部分产生的。
开关电源的损耗为：(180%)81.2520%16.25D in P P W W =⨯-=⨯= （3-9）MOSFET 损耗为：35%16.2535% 5.69D MOSFET D P P W W -=⨯=⨯= （3-10）整流部分损耗：(5)55()60%()16.2560%0.756565D V D W W P P W W W W +=⨯⨯=⨯⨯= （3-11） (12)12122()60%2()16.2560% 3.66565D V D W WP P W W W W ±=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= （3-12）(242)3636()60%()16.2560% 5.46565D V D W WP P W W W W+=⨯⨯=⨯⨯= （3-13）（8）变压器磁芯：采用天通的EER40/45，饱和磁通密度Bs 在25℃时大于500mT ，在100℃时大于390mT 。
窗口有效截面积Ae=152.42mm 2。
所以，取max 110.390.222s B B T T ==⨯≈ （3-14） Ae=152.42mm 2 （3-15）（9）开关电源频率：40f khz = （3-16）（10）开关电源最大占空比：max 0.4D = （3-17）（11）初级绕组电感最小值Lpri ：in(min)maxpri pk 2620.41.531.7140V D V L mH I fA KHz⨯===⨯ （3-18）在每个开关管导通的每个周期中，存储在磁芯的能量为：2stored pri pk 1E L I 2= （3-19）要验证变压器最大连续输出功率能否满足负载所需的最大功率，可以使用下式：2in(core)pri pk out 1P L I f P 2=> （3-20）（12）气隙：为了防止饱和所要加的气隙：2pri pkgap 2e max0.4L I l A B π=（3-21）max B ：单位为特斯拉T ； gap l ：单位是厘米； pri L ：单位为H ；pk I ：单位为A ；e A ：单位为cm 2；232pri pkgap 222e max0.40.4 1.5310 1.710.092166152.42100.2L I l cm A B ππ--⨯⨯⨯===⨯⨯ （13）初级绕组匝数：4pri pk pri e max(L I )10N A B =（3-22）max B ：单位为特斯拉T ； pri L ：单位为H ；pk I ：单位为A ；e A ：单位为cm 2；434pri pk pri 2e max(L I )10 1.5310 1.7110N 85.82586A B 152.42100.2=--⨯⨯⨯==≈⨯⨯ （14）+5VDC 次级绕组匝数：pri out(n)fwd(n)max out(n)in(min)maxN (V V )(1)N V D D +-=（3-23）fwd V V V =+整流二极管正向降波感正向降滤电压 （3-24）out(n)N 是第n 个次级绕组的匝数； out(n)V 是第n 个次级绕组的输出电压；fwd(n)V 是第n 个次级绕组的输出整流器的电压降；pri out(n)fwd(n)max out(+5V)in(min)maxN (V V )(1)86(51)(10.4)N 3V 2620.4D D +-⨯+⨯-===⨯（15）+12VDC 次级绕组匝数：pri out(n)fwd(n)max out(+12V)in(min)maxN (V V )(1)86(121)(10.4)N 6.47V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（16）-12VDC 次级绕组匝数：pri out(n)fwd(n)max out(+12V)in(min)maxN (V V )(1)86(121)(10.4)N 6.47V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（17）+24VDC 次级绕组匝数：pri out(n)fwd(n)max out(+24V)in(min)maxN (V V )(1)86(241)(10.4)N 12.313V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（18）自馈绕组匝数：（a ） UC3842VON=16V ，VOFF=10V ，Dmax=100%。
选择自馈绕组输出电压为15V 。
pri out(n)fwd(n)max fb(+15V)in(min)maxN (V V )(1)86(152)(10.4)N 8.49V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（b ）UC3843VON=8.4V ，VOFF=7.6V ，Dmax=100%。
选择自馈绕组输出电压为10V 。
pri out(n)fwd(n)max fb(+10V)in(min)maxN (V V )(1)86(102)(10.4)N 5.96V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（c ）UC3844VON=16V ，VOFF=10V ，Dmax=50%。
选择自馈绕组输出电压为15V 。
pri out(n)fwd(n)max fb(+10V)in(min)maxN (V V )(1)86(152)(10.4)N 8.39V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（d ）UC3845VON=8.4V ，VOFF=7.6V ，Dmax=50%。
选择自馈绕组输出电压为10V 。
pri out(n)fwd(n)max fb(+10V)in(min)maxN (V V )(1)86(102)(10.4)N 5.96V 2620.4D D +-⨯+⨯-===≈⨯（19）选择绕组线径：根据应用指南或经验法则，反激变换器电流密度（指电流有效值）一般取400cmil/A ，即5A/mm 2。
对于+5VDC ，其额定电流为1A ，所要线径取0.55mm ，即0.24mm 2； 对于+12VDC ，其额定电流为1A ，所要线径取0.55mm ； 对于-12VDC ，其额定电流为1A ，所要线径取0.55mm ；对于+24VDC ，其额定电流为1A ，所要线径取0.65mm ，即0.33mm 2； （20）变压器初级绕组反激电压：变压器初级的反激电压P V 也称为尖峰电压。
(max)max340566110.4in P V VV V D ===-- （3-25） 或者按照下式OR in(max)(1.5~2)(1.5~2)340510~680P V V V V V V ===*= （3-26）（21）输入整流部分：（a ）输入滤波电容Cin输入电压较宽时，一般取比例系数3uF/W ，即每瓦输出功率对应3uF 的电容量。
如果输入电压比较稳定（如蓄电池输入），一般取比例系数1uF/W ，即每瓦输出功率对应1uF 的电容量。
为了降低输入电压纹波，一般把输入电容滤波电容用多个并联使用，以降低电容的ESR 值。
输入滤波电容上还要并上一个或两个陶瓷电容（约0.1uF ），以吸收纹波电流的高频分量。
这里取3uF/W ，即3/65195200in C uF W W uF uF =⨯=≈ （3-27）因为最大直流电压值为340VDC ，所以输入滤波电容的耐压值按1.5倍的裕量，取500V 。
（b ）输入整流二极管：对于交流离线式变换器，二极管的耐压值取()1.8 1.8*220400W in RMS V V V V >== （3-28）开关电源的最大输入平均电流为(max)(min)81.250.31262in in in P WI A V V===，所以二极管的电流取0.31A 。
最小的二极管等级要符合下面的条件：R 2(max)F d(max)FSM FU 2U I 1.5I I 5I ≥≥>（c ）NTC 电阻：使用NTC 电阻的开关电源，在每次关机后不要马上开机，最好等一分钟以后再开机，只有等NTC 电阻温度降下来后，它的阻值才能上去，再次开机才能起限流作用。
额定输入电流为：(min)(max)81.250.24340in in in P WI A V === 输入电容Cin 的输入电流峰值一般为输入电流的3~5倍，所以NTC 的电阻值必须满足max(3~5)in t inV R I =（3-29）为了降低损耗，NTC 的阻值越小越好，一般取6~12欧姆。
（22）MOSFET ：D pk DSSp 1.71V V 500I I AV ≥=⎧⎪⎨≥=⎪⎩ （3-30） （23）输出整流部分：（a ）输出整流二极管：在开关电源中，可以使用以下三种类型的整流二极管：快速恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基整流二极管。