开关电源设计流程

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【最牛笔记】开关电源设计全过程!

【最牛笔记】开关电源设计全过程!

【最⽜笔记】开关电源设计全过程!反激变换器设计笔记1、概述开关电源的设计是⼀份⾮常耗时费⼒的苦差事,需要不断地修正多个设计变量,直到性能达到设计⽬标为⽌。

本⽂step-by-step 介绍反激变换器的设计步骤,并以⼀个6.5W 隔离双路输出的反激变换器设计为例,主控芯⽚采⽤NCP1015。

基本的反激变换器原理图如图 1 所⽰,在需要对输⼊输出进⾏电⽓隔离的低功率(1W~60W)开关电源应⽤场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常⽤的⼀种拓扑结构(Topology)。

简单、可靠、低成本、易于实现是反激变换器突出的优点。

2、设计步骤接下来,参考图 2 所⽰的设计步骤,⼀步⼀步设计反激变换器1.Step1:初始化系统参数------输⼊电压范围:Vinmin_AC 及Vinmax_AC------电⽹频率:fline(国内为50Hz)------输出功率:(等于各路输出功率之和)------初步估计变换器效率:η(低压输出时,η取0.7~0.75,⾼压输出时,η取0.8~0.85)根据预估效率,估算输⼊功率:对多路输出,定义KL(n)为第n 路输出功率与输出总功率的⽐值:单路输出时,KL(n)=1.2. Step2:确定输⼊电容CbulkCbulk 的取值与输⼊功率有关,通常,对于宽输⼊电压(85~265VAC),取2~3µF/W;对窄范围输⼊电压(176~265VAC),取1µF/W 即可,电容充电占空⽐Dch ⼀般取0.2 即可。

⼀般在整流后的最⼩电压Vinmin_DC 处设计反激变换器,可由Cbulk 计算Vinmin_DC:3. Step3:确定最⼤占空⽐Dmax反激变换器有两种运⾏模式:电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)。

两种模式各有优缺点,相对⽽⾔,DCM 模式具有更好的开关特性,次级整流⼆极管零电流关断,因此不存在CCM 模式的⼆极管反向恢复的问题。

开关电源的设计毕业论文

开关电源的设计毕业论文

开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源,随着现代电子设备的发展,应用越来越广泛。

开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向,本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法,并以一个实际开关电源的设计为例,进行详细说明。

一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源,其核心部分是开关管。

开关管工作时,会在电路中产生一个高频矩形波形。

再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后,最终输出所需要的稳定直流电源。

在开关电源中,开关管的切换是关键,它的导通和截止决定程序的整个运行。

开关管的导通与截止又是由控制器控制的,所以控制器设计是非常重要的。

二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。

功率 = 电流×电压,在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。

2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。

主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。

这些部分需要合理的组合和设计,并应通过电路仿真进行验证。

3.控制器设计在控制器设计中,主要有PWM控制器和开环控制器。

PWM控制器通常采用电流反馈控制方式,能够减少在输出处的纹波电压,提高稳定性。

开环控制器的设计要更为复杂,但是更容易实现。

4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分,保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护,以及温度保护等。

这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命,避免因电路故障引起的安全事故。

三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。

1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。

2.电路设计直流输入电路:直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。

整流桥需要选择合适的电流、电压值,电容滤波器应该选择合适的容量,保险丝则是起到安全保障作用。

开关电源设计开发流程

开关电源设计开发流程

开关电源设计开发流程1. 需求分析
- 确定电源输入电压范围和输出电压规格
- 确定电源输出功率和效率要求
- 确定电源尺寸和工作环境要求
2. 拓扑结构选择
- 分析常见拓扑结构的优缺点
- 根据需求选择合适的拓扑结构
3. 关键器件选择
- 选择功率开关管
- 选择变压器
- 选择输出滤波电容和其他辅助器件
4. 电路设计
- 进行电路原理设计和仿真验证
- 进行PCB布局设计
5. 电源原型制作与调试
- 制作样机电路板
- 对电路进行调试和测试
- 进行功率和效率测试
6. 电磁兼容性(EMC)设计
- 分析电路的EMC问题
- 采取相应的EMC设计措施
7. 热设计
- 进行热分析和模拟
- 设计散热结构
8. 机械结构设计
- 确定外壳尺寸和材料
- 设计机械结构和组装工艺
9. 安全认证和标准符合性
- 进行安全认证测试
- 确保满足相关标准和规范
10. 试产和量产
- 制作小批量试产样品
- 进行可靠性测试和改进
- 量产和交付
这个流程概括了开关电源设计开发的主要步骤,具体细节需要根据实际产品需求进行调整和完善。

良好的设计流程有助于提高开发效率,确保产品质量和可靠性。

开关电源工程化实用设计指南

开关电源工程化实用设计指南

开关电源工程化实用设计指南开关电源是一种非常重要的电力转换设备,它可以将输入的直流电压转换为输出的交流电压,从而满足各种电子设备的供电需求。

开关电源的工程化实用设计是一项涉及到多个领域的技术工作,包括电路设计、磁性元件设计、功率转换器设计、控制器设计和可靠性设计等。

下面将介绍开关电源的工程化实用设计指南。

一、电路设计开关电源的电路设计是整个设计的核心,也是最关键的一步。

在电路设计中,需要考虑以下几个方面的因素:输入和输出电压:开关电源的输入和输出电压需要根据电子设备的实际需求来确定。

在输入电压方面,需要考虑到电网电压的波动和噪声等因素,确保开关电源能够稳定工作。

在输出电压方面,需要根据电子设备的功率和负载特性来进行设计,确保输出的电压能够满足电子设备的供电需求。

功率容量:开关电源的功率容量需要根据电子设备的功率需求来确定。

在确定功率容量时,需要考虑到开关电源的最大负载和可能出现的峰值负载等因素,确保开关电源的功率容量足够且不会出现过载或损坏的情况。

电路拓扑:开关电源的电路拓扑是指其基本电路结构。

根据不同的需求,可以选择不同的电路拓扑来进行设计。

常用的电路拓扑包括BUCK型、BOOST型、BUCK-BOOST型等,需要根据实际情况来选择合适的电路拓扑。

控制方式:开关电源的控制方式是指如何控制开关管的导通和关断,以达到稳定输出电压的目的。

常用的控制方式包括脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)和电流模式控制等,需要根据实际情况来选择合适的控制方式。

二、磁性元件设计开关电源中的磁性元件主要包括电感和变压器,它们在功率转换器中起到重要的作用。

在磁性元件设计中,需要考虑以下几个方面的因素:磁芯材料:磁芯材料的选择是磁性元件设计的关键。

常用的磁芯材料包括铁氧体、坡莫合金和非晶合金等,需要根据实际情况来选择合适的磁芯材料。

线圈设计:线圈设计是磁性元件设计的另一个关键因素。

在电感设计中,需要考虑到线圈的匝数、线径和绕制方式等因素,以确保电感能够满足开关电源的负载需求。

如何一步一步设计开关电源?开关电源设计调试步骤全过程

如何一步一步设计开关电源?开关电源设计调试步骤全过程

如何一步一步设计开关电源?开关电源设计调试步骤全过程针对开关电源很多人觉得很难,其实不然。

设计一款开关电源并不难,难就难在做精,等你真正入门了,积累一定的经验,再采用分立的结构进行设计就简单多了。

万事开头难,笔者在这就抛砖引玉,慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。

开关电源设计的第一步就是看规格,具体的很多人都有接触过,也可以提出来供大家参考,我帮忙分析。

在这里只带大家设计一款宽范围输入的,12V2A的常规隔离开关电源。

1、首先确定功率根据具体要求来选择相应的拓扑结构;这样的一个开关电源多选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。

在这里我会更多的选择是经验公式来计算,有需要分析的,可以拿出来再讨论。

2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后,我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。

无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。

对里面的计算我还会进行分解。

分立式:PWMIC与MOS是分开的,这种优点是功率可以自由搭配,缺点是设计和调试的周期会变长(仅从设计角度来说);集成式:就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里,省去设计者很多的计算和调试分步,适合于刚入门或快速开发的环境。

3、做原理图确定所选择的芯片以后,开始做原理图(sch),在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。

设计前最好都先看一下相应的datasheet,确认一下简单的参数。

无论是选用PI的集成,或384x或OBLD等分立的都需要参考一下datasheet。

一般datasheet里都会附有简单的电路原理图,这些原理图是我们的设计依据。

4、确定相应的参数当我们将原理图完成以后,需要确定相应的参数才能进入下一步PCBLayout。

当然不同的公司不同的流程,我们需要遵守相应的流程,养成一个良好的设计习惯,这一步可能会有初步评估,原理图确认,等等,签核完毕后就可以进行计算了。

反激式开关电源设计详细流程

反激式开关电源设计详细流程

用SG6849设计反激式开关电源摘要:SG6849芯片是SG(System General)公司生产的开关电源专用集成电路,使用该芯片设计小功率开关电源,可大大减少外围电路,降低成本,电路可靠性高,且可以不带副边反馈。

详细介绍了SG6849芯片的工作原理,并基于此芯片设计了一个5.6W的单端反激式开关电源,给出了实验结果。

关键词:SG6849;反激;副边反馈O 引言开关电源因具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点,在电视、电声、计算机等许多电子设备中得到了广泛的应用。

为了进一步追求开关电源的小型化和低成本,人们不断研制成功一些新的开关电源集成电路芯片。

台湾SG System General)公司开发的SG6 849,集内部振荡器、比较器、反馈补偿电路于一体,只需较少的外围元器件,就可构成一个电路结构简洁、成本低、性能稳定、制作及调试方便的单端反激式开关电源。

在负载调整率要求不高的情况下,甚至可去掉副边反馈,进一步减少体积,节省成本。

1 SG6849芯片功能介绍1.1 内部结构及管脚功能SG6849芯片是台湾SG(System General)公司2004年底推出的SG684X系列PWM集成电路控制芯片。

该芯片具有如下特点:不带副边反馈的恒压和恒流控制;轻载时工作于省电模式;较低的启动电流和较低的工作电流;65kHz和100kHz的固定频率;较少的外围元件;输出过流保护、过温保护和短路保护。

该芯片采用S0T-26或DlP-8封装形式,内部结构如图1所示。

下面就以DIP-8封装为例,说明各管脚的功能。

脚l(GATE) 门极,用来驱动功率NOSFET。

脚2(VDD) 提供芯片的工作电压,当不带副边反馈时,靠VDD来提供反馈信息,调整输出电压。

脚3、5、6(NC) 悬空。

脚4(SENSE) 过流保护。

该引脚也可用于电流模式的PWM控制。

脚7(FB) 为PWM控制器的内部比较器提供反馈信息,控制占空比;当不带副边反馈的时候,该引脚开路。

开关电源设计步骤

开关电源设计步骤

开关电源设计步骤
1.需求分析(100字)
在设计开关电源之前,首先需要明确设计的目标和需求。

这包括输出电压、输出电流、输入电压范围、效率要求、输出电流稳定性等。

根据不同的需求,确定开关电源的拓扑和参数。

2.电路设计(300字)
在进行电路设计之前,需要选择开关电源的拓扑结构。

常见的拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic等。

根据需求和所选拓扑结构,设计主要电路模块包括开关管、滤波电感、修正电容、输出滤波电容等。

3.电路实现(300字)
根据电路设计确定的电路参数,在电路板上布线,连接各个器件和元件。

布线时需考虑到电路的稳定性和抗干扰能力。

注意分离高压和低压区域,减少互相干扰。

4.性能评估(200字)
完成电路实现后,需要进行性能评估,检验设计是否满足预期需求。

主要评估指标包括输出电压稳定性、负载调整能力、效率、开关频率、静态功耗、温度等。

通过测试数据和实际情况进行比较,查找问题和优化空间。

5.优化(200字)
根据性能评估的结果和问题分析,进行电路的优化。

优化可以包括改进布线、更换元器件、调整控制策略等。

目的是提高电路的性能,使其更加稳定、高效和可靠。

总结:
开关电源设计步骤包括需求分析、电路设计、电路实现、性能评估和优化。

通过明确需求,选择合适的拓扑结构,并根据电路设计参数进行电路实现,然后进行性能评估和优化。

这些步骤相互关联,需要不断地调整和优化,以得到满足需求的高性能开关电源设计。

开关电源的pcb设计规范

开关电源的pcb设计规范

开关电源的PCB设计规范在任何开关电源设计中,PCB板的物理设计都是最后一个环节,如果设计方法不当,PCB可能会辐射过多的电磁干扰,造成电源工作不稳定,以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析:一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数->输入原理网表->设计参数设置->手工布局->手工布线->验证设计->复查->CAM输出.二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求,而且为了便于操作和生产,间距也应尽量宽些.最小间距至少要能适合承受的电压,在布线密度较低时,信号线的间距可适当地加大,对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距,一般情况下将走线间距设为8mil. 焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺损.当与焊盘连接的走线较细时,要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状,这样的好处是焊盘不容易起皮,而是走线与焊盘不易断开.三、元器件布局实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响.例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法.每一个开关电源都有四个电流回路: 1. 电源开关交流回路2. 输出整流交流回路3. 输入信号源电流回路4. 输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用;类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量.所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源;如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去.电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns.这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路,每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置,调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短.建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似,最佳设计流程如下:·放置变压器·设计电源开关电流回路·设计输出整流器电流回路·连接到交流电源电路的控制电路·设计输入电流源回路和输入滤波器设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则:1 首先要考虑PCB尺寸大小.PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小则散热不好,且邻近线条易受干扰.电路板的最佳形状矩形,长宽比为3:2或4:3,位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm.2 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集.3 以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局.元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容尽量靠近器件的VCC.4 在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数.一般电路应尽可能使元器件平行排列.这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产.5 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向.6 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起.7 尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰.四、布线开关电源中包含有高频信号,PCB上任何印制线都可以起到天线的作用,印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗,从而影响频率响应.即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题甚至再次辐射出干扰信号.因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽,这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近.印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比,而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比.长度反映出印制线响应的波长,长度越长,印制线能发送和接收电磁波的频率越低,它就能辐射出更多的射频能量.根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻. 同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力.接地是开关电源四个电流回路的底层支路,作为电路的公共参考点起着很重要的作用,它是控制干扰的重要方法.因此,在布局中应仔细考虑接地线的放置,将各种接地混合会造成电源工作不稳定.在地线设计中应注意以下几点:1. 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.2. 尽量加粗接地线若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏,因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线,尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,如有可能,接地线的宽度应大于3mm,也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用.进行全局布线的时候,还须遵循以下原则: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. 3.输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC,欲将输出电压反馈回变压器的初级,两边的电路应有共同的参考地,所以在对两边的地线分别铺铜之后,还要连接在一起,形成共同的地.五、检查布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求,一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求. 电源线和地线的宽度是否合适,在PCB中是否还有能让地线加宽的地方.注意:有些错误可以忽略,例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次.六、复查根据“PCB检查表”,内容包括设计规则,层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置,还要重点复查器件布局的合理性,电源、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等.七、设计输出输出光绘文件的注意事项:a. 需要输出的层有布线层底层、丝印层包括顶层丝印、底层丝印、阻焊层底层阻焊、钻孔层底层,另外还要生成钻孔文件NC Drillb. 设置丝印层的Layer时,不要选择Part Type,选择顶层底层和丝印层的Outline、Text、Linec. 在设置每层的Layer时,将Board Outline选上,设置丝印层的Layer时,不要选择Part Type,选择顶层底层和丝印层的Outline、Text、Line.d. 生成钻孔文件时,使用PowerPCB的缺省设置,不要作任何改.。

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率较大的开关电源一般使用半桥或者全桥变换器拓扑。

2.2.设计原理图,制作PCB印制板原理图设计时应考虑整体的元件布局,使阅读者一目了然。

在PCB印制板设计的过程中要严格按照国家的安全标准进行设计,同时需要重点考虑的噪声干扰包括:EM I 干扰、功率开关管产生的高频噪声。

PCB板的设计过程中应考虑到地线、高压线的电流密度,功率开关管的高频线与其它走线之间的距离,一般不小于3mm,元件的PCB封装与实际生产元件封装一致,以便于生产。

元件的放置符合美观、实用的标准;元件与元件之间应紧凑,以提高开关电源的功率密度,降低生产成本(特殊元件除外)。

2.3.变压器的设计变压器是整个开关电源的核心器件,所以变压器的设计及验证是非常重要的环节。

2.3.1.磁芯和骨架的选择当我们的电路拓扑选定后,就要确定电路的工作频率和变压器磁芯的尺寸大小,确保在变压器体积最小的情况先获得最大的输出功率。

首先我们确定需要的引脚数,变压器的输出、输入,辅助绕组的引脚来确定骨架的引脚数,输出有单路和多路,变压器一般采用夹绕的方法以增加线圈的耦合度。

其次选择磁芯材料是主要参考材料铁损(单位一般为毫瓦/立方厘米)随频率和峰值磁通密度变化的曲线。

大多数变压器的磁芯的材料为铁氧体,因为它有很高的电阻率,所以铁氧体的涡流损耗很低。

2.3.2.根据变压器计算公式计算变压器的初级线圈匝数变压器初级匝数计算公式:N P =Vin(min)×Ton(max)/(ΔB×Ae)NP:变压器初级线圈的匝数。

Vin(min):输入直流电压的最小值(V)。

Ton(max):功率开关管导通时间的最大值(S)。

Ae:磁芯面积(m22)。

ΔB:由磁芯本身材料决定。

一般取1600G,因为当震荡频率大于50KHz的时候,高损耗材料会产生过量的磁芯损耗,这就使可选择的Bmax值变小,因此经过对比选择增量ΔB的值为1600G(1G=10-4-4T)。

其中T on (max )=(1/振荡频率)×D (D 为最大占空比,最大时一般取0.45)。

2.3.3.根据公式计算变压器的次级线圈匝数变压器次级绕组匝数计算公式:N P /N S =[V in (min )×D]/[V O ×(1-D)]N P :初级绕组匝数。

N S :次级绕组匝数。

V in (min ):最低输入直流电压,一般全电压开关电源取值为100V 。

V O :输出电压。

D:占空比,一般取值0.45。

2.3.4.根据公式计算变压器的辅助绕组压器的辅助绕组我们可以根据输出绕组的匝数来设计,设输出电压为V O ,电源管理芯片的供电电压要求为V F ,输出绕组的匝数为N F ,那么辅助绕组的匝数N 辅=V F N F /V O由于供电电流很小,一般在4mA 以下,因此通常情况下辅助绕组不需要很粗的漆包线,一般用直径Φ0.35mm 的漆包线即可满足设计要求。

2.3.5.计算变压器的初级、次级以及辅助绕组的线半径一般情况下,为了保证变压器的温升不会太高,我们把变压器上的电流密度控制在4A/mm 22,此时我们设电源的效率值为0.75,经过计算得到最低输入电压时的电流为:I in (max )=(P O /0.75)÷V in (min )I in (max )=4P O /[3V in (min )]那么为了把电流密度控制在4A/mm 22以内,我们计算线径:R 初=sqrt[(I in (max )÷4A/mm 22)/3.14]×2因此,我们采用直径为R 初的铜线;同理,我们求出了次级线圈的线径R 次。

有时可能因为次级线径比较大,不易于生产,同时线圈的耦合度比较差,因此我们采用多股并绕的方式来设计变压器。

2.3.6.根据公式设计变压器的电感量及漏感量的限制变压器初级电感的计算公式如下:L P =V in (min )×T on (max )/I in(max)其中L P 为变压器的初级电感量;I P 为变压器的初级线圈的电流峰值;N P 为初级线圈匝数。

当我们设计的变压器的初级绕组的电感量过大时,我们可以添加气隙来得到我们需要的感量,一般漏感的大小不大于感量的3%,否则变压器会由于漏感太大而温升过高,同时漏感导致的尖峰电压过高可能会使功率开关管炸裂。

2.3.7.根据实际我们计算变压器的参数电源管理芯片SSC620D 的正常震荡频率为100KHz ,根据以上的计算公式,所以:一个周期内最大导通时间:T on (max )=10-5-5×0.45S=4.5×10-6-6S ;导通最大占空比:D=0.45;选用的磁芯的截面积:Ae=118.5×10-6-6m 22;变压器的初级绕组的匝数:N P =V in (min )×T on (max )/(ΔB ×A e )=100V ×4.5×10-6-6S /(1600G ×10-4-4×118.5×10-6-6m 22)≈24(圈)根据公式N P /N S =[V in (min )×D]/[V O ×(1-D)]我们推到出次级绕组的匝数:N S =12V ×0.55×24/(100V ×0.45)≈4(圈)辅助绕组的匝数:N F =V F N S /V O=13V ×4/12V≈5(圈)最大输入的平均电流:I in (max )=4P O /[3V in (min )]=4×75W/[3×100V]=1A根据电流密度不大于4A/mm2的标准我们依据公式:电流密度=最大输入平均电流÷绕组的截面积,据算所需要的线径。

通过计算我们得到下面的参数:初级线圈N P =24T,线直径0.6mm 。

次级线圈N S =4T,线直径0.6mm ×6并绕。

辅助线圈N 辅=5T,线直径0.3mm 。

然后我们计算变压器的初级电感量的范围。

果实际的电感量比要求的大,那么我们需要垫憩隙来减小电感量以达到我们的要求;如果实际的电感量比计算所得的电感量小,那么就不需要垫憩隙,按实际的电感量来设计。

根据以下的公式:L P =V in (min )×T on (max )/I in(max)=100V ×4.5×10-6-6S /1.2A=375uH变压器的感量控制在400uH±5%范围内,实际上我们把变压器的漏感控制在3%以内。

注:1.变压器的漏感是由变压器线圈之间的耦合程度决定的,耦合度高那么漏感就小,相应的开关管上的尖峰电压越小,电源的空载功耗也就相应的减小;反之亦然。

2.变压器上的电流密度一般取4A/mm22,只是个参考值,一般以实际温升为准。

3.在110VAC~250VAC输入的情况下,如果电容串联,则容值为输出功率的3~4倍,耐压值为输入最高电压的0.8~0.9倍;如果电容并联,则容值为输出功率的0.8~1倍,耐压值为输入电压的1.6~1.8倍。

是电源输入的峰值电流。

4.这里的Iin(max)3.关键元件的选择(以下以75W-12V的电源为例计算)3.3.1.功率开关管的选择就S-75-12的开关电源来说,我们使用MOS管8N60,最大允许电流为8A,最高电压为600V,电流裕度95%左右,电压裕度20%左右,这样开关管的发热量不会很高,而我们的成本也相对适中。

3.2.输出整流二极管的选择整流二极管的选择需要考虑两方面的因素:a:二极管的最高耐压值;b:二极管最大允许通过电流。

输出的额定电流=输出额定功率÷输出额定电压,在在反击变换器中我们我们选取整流管的额定电流和电压值时,一般是输出额定值的4倍以上;而在半桥及全桥变换器中,一般选取的整流二极管的参数是输出额定值的2倍以上。

3.3.保险丝的选用由以上计算可知输入的峰值电流为1.2A,输入电压最大为250VAC,那么当我们选择保险丝的时候一般选择电流额定值为输入最大电流的2~3倍,电压值稍高于输入电压最大值的元件。

如果电容的体积过大,我们可以选择电容串联来满足设计上的要求;如果现有的电容容量过小,我们可以采取电容并联的方式来解决设计上的问题。

3.4.热敏电阻的选用电源启动的瞬间,初级滤波电容处于短路状态,导致输入电流比较大,虽然时间比较短,但是也有可能对电源造成伤害。

为了保证电源安全地工作,一般需要在开关电源的输入端串联一个热敏电阻。

热敏电阻的选取一般情况下按照下述方法:R ≥1.414×E/I m其中E :输入电压的最高值。

I m :浪涌电流。

一般在开关电源中,浪涌电流为稳态电流的100倍左右。

由此我们计算得到R ≥3.535Ω,所以我们选择型号NTC10D-9的热敏电阻(额定10Ω,0.25W ),也可以选择阻值稍大于4Ω的热敏电阻。

3.5.Y 电容和安规电容的选用加装Y 电容的作用是为了去除干扰。

电容的选用一般按照安规要求进行选取,这样在S-75-12的电源中我们采用400V/222M 的电容。

安规电容的选用主要是为了滤除开关电源中的高频噪声,以防止对外界造成不良影响。

3.6.共模电感的选取开关电源中共模电感式一个重要的抗电磁干扰组件,共模电感的作用:抑制EMI ,滤除EMI,且自身不产生对电路的干扰和对外界的辐射。

在设计共模电感的时候我们首先考虑电流密度的大小,根据以上计算知道:输入电流最大I in (max )=1.2A ,通常电流密度4A/mm 22,因此我们计算得到线直径R 共。

电感量的计算如下:L MIN =X S /2∏f其中L MIN :共模电感最小电感量。

X S :共模电感阻抗,这里取10Ω。

f :是电源的工作频率,这里取100KHz 。

然后我们假设一个磁环的内径为R 内,那么内圆的周长L 内=∏R 内,圈数S=(160/360)×L 内/R 共,最后我们计算磁环的AL 最小值:AL=L MIN /S 22因为磁芯的AL 值变化范围一般为±30%,因此我们选择磁芯的时候一般选择最大AL 值为所需要磁环的参数,即AL MAX =1.3AL (AL 为磁环感应系数)。

3.7.假负载的选取适当的假负载可使线路的输出更加稳定,但是假负载的阻值不能太小,否则会影响效率。

使用时需要注意是否超过电阻的额定值(一般功率裕量为电阻功率额定值的60%)。

3.8.光电耦合器以及TL431的作用光电耦合器(简称光耦)主要将输出信号取样后回馈到电源管理芯片,当输出级的TL431导通后,光耦将会将输出级取样的电流依比例转换一次到电源管理芯片的反馈端,由此来确保电源输出的稳定。

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