高频电路不稳固?教你从零实战小功率开关电源设计 PLC论坛
本章节以适用小型电源的设计为例,说明电源设计的方法。管理电路方式为它激式,驳回UC3842为PWM管理电路。电源开关频率的选择选择了变换器的个性。开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的灵活照应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输入整流管的损耗会越来越突出,对磁性资料的选择和参数设计的要求也会越厚道。另外,高频下线路的寄生参数对线路的影响水平难以预料,整个电路的稳固性、运转个性以及系统的调试会比拟艰巨。在本电源中,选定上班频率为85 kHz。01电源设计目的小型电源输入、 输入参数如下:输入电压:AC 110/220 V;输入电压变化范畴:90~240 V;输入频率:50/60 Hz;输入电压:12 V;输入电流:2.5 A。02电路结构的选择小功率开关电源可以驳回单端反激式或许单端正激式电路,使电源结构便捷,上班牢靠,老本低。与单端反激式电路相比,单端正激式电路开关电流小,输入纹波小,更容易顺应高频化。用电流型PWM管理芯片UC3842导致的单端正激式开关电源的主电路如图6-1所示。图6-1 单端正激式开关电源的主电路单端正激式开关电源加有磁通复位电路,以监禁励磁电路的能量。在图6-1中,开关管VT导通时V1导通,副边线圈N2向负载供电,V4截止,反应电线圈N3的电流为零;VT关断时V1截止,V4导通,N3经电容C1滤波后向UC3842⑦脚供电,同时原边线圈N1上发生的感应电动势使V3导通并加在RC吸发前途。因为变压器中的磁场能量可经过N3泄放,而不像普通的RC D磁通复位电路消耗在电阻上,因此可到达缩小发热,提高效率的目的。03元件设计1) 变压器和输入电感的设计依据UC3842运行方式,选定定时电阻RT=1.8 kΩ,定时电容CT=10 μF。确定开关频率f=85 kHz,周期T=11.8 μs。设计单端管理开关电源时,普通占空比D最大不超越0.5,这里选择D=0.5,则:依据电源规格、输入功率、开关频率选择PQ26/25磁芯,磁芯截面积S=1.13 cm2,磁路有效长度l=6.4 cm,饱和磁通密度BS=0.4 T。取变压器最大上班磁感应强度Bmax = BS/3≈0.133 T,则电感系数A为:变压器原边线圈匝数N1为:式中,Ui为最小直流输入电压。交换输入电压的最小值约为90 V, Ui=90× ≈127 V,得出N1=49.9匝,取50匝。原边线圈电感L=AN12=11.1 mH。副边线圈匝数为:式中,UDF为整流二极管V1上的压降;UL为输入电感L上的压降。取UDF+UL=0.7 V,代入式(6-4),得N2=10匝。副边线圈电感:开关管断开时,N1两端将会发生感应电动势,为了保障开关管反常上班,将感应电动势限度到e=300V。反应电线圈向UC3842提供U=12V的上班电压,按电容C1上的电压UC=16V计算,以保障有足够的供电电压给UC3842。由N3=(UC/e)N1可得N3=2.67匝,取3匝。变压器副边电流为矩形波,其有效值为:导线电流密度取4 A/mm2,所需绕组导线截面积为1.77/4≈0.44 mm2。雷同可选择原边绕组导线,原边电流有效值为:所需绕组导线截面积为0.354/4=0.0885mm2,选择截面积为0.096 21mm2的导线(∅0.41 mm)。取输入电感的电流变化量ΔIL=0.2Io=0.5A,则输入电感为:式中, U2为副边线圈最小电压。计算得:取UDF=0.5 V,Uo=3 V,代入式(6-8)可得L=140 μH。依据输入电感上的电流IL=Io,所需绕组导线截面积应为2.5/4=0.625 mm2,故选择截面积为0.6362 mm2导线(∅0.96 mm)。2) 开关管、整流二极管和续流二极管的选择因为开关管断开时原边线圈N1两端的感应电动势限度到eL≈300 V,交换输入电压经全波整流、电容滤波后,直流输入电压的最大值。所以整流二极管所接受的最高反向电压为:续流二极管所接受的最高反向电压为:流过整流二极管和续流二极管的最大电流为:得ID=2.75 A。依据以上计算选择肖特基半桥MBR25120CT,平均整流电流为25 A,反向峰值电压为120 V。开关管选择MOSFET 2SK793,漏源击穿电压为900 V,最大漏极电流为3 A。3) 反应电路的设计电流反应电路驳回电流互感器,经过检测开关管上的电流作为采样电流,原理如图6-2 所示。电流互感器的输入分为电流刹时值反应和电流平均值反应两路,R2上的电压反映电流刹时值。开关管上的电流变化会使UR2变化,UR2接入UC3842的包全输入端③脚,当UR2=1 V时,UC3842芯片的输入脉冲将关断。经过调理R1、 R2的分压比可扭转开关管的限流值,成功电流刹时值的逐周期比拟,属于限流式包全。输入脉冲关断,成功对电流平均值的包全,属于截流式包全。两种过流包全互为补充,使电源更为安保牢靠。驳回电流互感器采样,使管理电路与主电路隔离,同时与电阻采样相比降落了功耗,无利于提高整个电源的效率。图6-2 电流反应电路电压反应电路如图6-3所示。输入电压经过集成稳压器TL431和光电耦合器反应到UC3842的①脚,调理R1、 R2的分压比可设定和调理输入电压,到达较高的稳压精度。假设输入电压Uo升高,则集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流增大,使光电耦合器输入的三极管电流增大,即UC3842①脚对地的分流变大,UC3842的输入脉宽相应变窄,输入电压Uo减小。雷同, 假设输入电压Uo减小,则可经过反应调理使之升高。图6-3 电压反应电路4) 包全电路的设计图6-4所示为变压器过热包全电路,NTC为测变压器温度的一个负温度系数的热敏电阻。由NTC、 R2、 运放A1导致滞环比拟器。在反常上班时,变压器温度反常,NTC的阻值较大,运放A1两输入端电压U+U-,运放的输入电压较高,使三极管VT饱和导通,将电源外部的假负载R7智能接入。当电源接入负载RL时,R8上的压降使U->U+,运放的输入电压为零,VT截止,将R7断开。图6-6 空载包全电路5) 输入滤波电路的设计输入滤波电路具备双向隔离作用,可克服从交换电网输入的搅扰信号,同时也防止开关电源上班时发生的谐波和电磁搅扰信号影响交换电网。图6-7所示滤波电路是一种复合式EMI滤波器,L1、L2和C1导致第一级滤波,共模电感L3和电容C2、C3导致第二级滤波。C1用于滤除差模搅扰,选择高频个性较好的薄膜电容。电阻R给电容提供放电回路,防止因电容上的电荷积攒而影响滤波器的上班个性。C2、C3跨接在输入端,能有效地克服共模搅扰。为了减小漏电流,C2、C3宜选择陶瓷电容器。图6-7 输入滤波电路04测试在输入电压为220V的条件下,输入功率是脉冲序列,周期为10ms,即每半个工频周期电源输入端经过整流桥为输入平滑滤波电容充一次性电。在各种不同的负载状况下,当输入电压从90V变化到250V时,相应的输入电压的测试结果如表6-1所示。实测各种负载状况下的效率如表6-2所示。经过实践运行,电源满足了设计要求。另外,还给大家预备了大功率高稳固度开关电源、模块化逆变电源、便携式电源、多输入高精度稳压电源,通讯系统电源,基于交织并联技术的励磁电源等,多种开关变换电源设计原理、目的、元件选型与计算、结构、配置电路设计,包全电路、滤波电路设计,电源系统综合测试、验证设计全流程。协助大家完整学习开关电源电路系统设计,提供开关电源基础入门常识,自激式/他激式电源,开关变换器,UPS电源,变频电源等实践运行案例学习。 |
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