反激開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)解析.ppt

反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)解析,（一）,開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi),10W以?xún)?nèi)常用RCC(自激振蕩)拓?fù)浞绞?10W-100W以?xún)?nèi)常用反激式拓?fù)洌?5W以上電源有PF值要求） 100W-300W 正激、雙管反激、準(zhǔn)諧振 300W-500W 準(zhǔn)諧振、雙管正激、半橋等 500W-2000W 雙管正激、半橋、全橋 2000W以上 全橋,反激開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn),在開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)中,400W以下的電源大約占了市場(chǎng)的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見(jiàn)的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品全是反激式電源。 優(yōu)點(diǎn)：成本低,外圍元件少，低耗能，適用于寬電 壓范圍輸入,可多組輸出. 缺點(diǎn)：輸出紋波比較大。(輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善),EMI,整流濾波,變壓器,次級(jí)整流濾波,開(kāi)關(guān)器件,PWM 控制IC,隔離器件,采樣反饋,輸出,高壓區(qū)域,低壓區(qū)域,電源電路原理圖,初級(jí)側(cè)部分,第一個(gè)安規(guī)元件保險(xiǎn)管,作用： 安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時(shí)，為了保護(hù)核心器件不受到損壞。 技術(shù)參數(shù)： 額定電壓V、額定電流I、熔斷時(shí)間I2RT。 分類(lèi)： 快斷、慢斷、常規(guī),保險(xiǎn)管的計(jì)算方法,0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值 Po輸出功率 效率（設(shè)計(jì)的評(píng)估值） Vinmin 最小的輸入電壓 2為經(jīng)驗(yàn)值，在實(shí)際應(yīng)用中，保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.53倍。 0.98 PF值,關(guān)于功率因數(shù),大部分用電設(shè)備中，其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所以電網(wǎng)中會(huì)有許多家用電器、工業(yè)電子設(shè)備等等非線(xiàn)性負(fù)載，這些用電器在使用過(guò)程中會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生諧波電壓和電流。沒(méi)有采取功率因數(shù)校正技術(shù)的AC-DC整流電路，輸入電流波形呈尖脈沖狀。交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)只有0.50.7，電流的總諧波畸變（THD）很大，可超過(guò)100%。采用功率因數(shù)校正技術(shù)，功率因數(shù)值為0.999時(shí)，THD約為3%。為了防止電網(wǎng)的諧波污染，或限制電子設(shè)備向電網(wǎng)發(fā)射諧波電流，國(guó)際上已經(jīng)制定了許多電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，有IEEE519、IEC1000-3-2等。 功率因數(shù)的校正(PFC)主要有兩種方法：無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。無(wú)源功率因數(shù)校正利用線(xiàn)性電感器和電容器組成濾波器來(lái)提高功率因數(shù)、降低諧波分量。這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，在小功率中可以取得好的效果。但是，在較大功率的供電電源中，大量的能量必須被這種濾波器儲(chǔ)存和管理，因此需要大電感器和電容器，這樣體積和重量就比較大也不太經(jīng)濟(jì)，而且功率因數(shù)的提高和諧波的抑制也不能達(dá)到理想的效果。有源功率因數(shù)校正是使用所謂的有源電流控制功率因數(shù)的校正方法，可以迫使輸入電流跟隨供電的正弦電壓變化。這種功率因數(shù)校正有體積小、重量輕、功率因數(shù)可接近1等優(yōu)點(diǎn)。,相關(guān)知識(shí),NTC的作用,NTC是以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。電阻值隨溫度的變化呈現(xiàn)非線(xiàn)性變化，電阻值隨溫度升高而降低。利用這一特性，在電路的輸入端串聯(lián)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻增加線(xiàn)路的阻抗，這樣就可以有效的抑制開(kāi)機(jī)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，由于線(xiàn)路中持續(xù)工作電流引起的NTC發(fā)熱，使得電阻器的電阻值變得很小，對(duì)線(xiàn)路造成的影響可以完全忽略。,NTC的選擇公式,對(duì)上面的公式解釋如下： 1. Rt 是熱敏電阻在T1溫度下的阻值； 2. Rn是熱敏電阻在Tn常溫下的標(biāo)稱(chēng)阻值； 3. B是材質(zhì)參數(shù)；(常用范圍2000K6000K) 4. exp是以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e =2.71828 ）； 5. 這里T1和Tn指的是K度即開(kāi)爾文溫度，K度=273.15(絕對(duì)溫度)+攝氏度；,此外，還要注意其允許通過(guò)的最大電流值,壓敏電阻的作用,壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線(xiàn)性特性，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。 主要作用：過(guò)電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等。 主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。 壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)，比空氣放電管快，比TVS管（瞬間抑制二極管）稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過(guò)電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿(mǎn)足要求。,選取壓敏電阻的方法,壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流，在用作過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱(chēng)壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。 a 為電路電壓波動(dòng)系數(shù)，一般取值1.2. Vrms 為交流輸入電壓有效值。 b 為壓敏電阻誤差，一般取值0.85. C 為元件的老化系數(shù)，一般取值0.9. 2 為交流狀態(tài)下要考慮峰峰值。 V1mA 為壓敏電阻電壓實(shí)際取值近似值 通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25情況下，對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過(guò) 10時(shí)的最大脈沖電流值。,選取壓敏電阻的方法,結(jié)合前面所述，來(lái)看一下本電路中壓敏電阻的型號(hào)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。,EMI電路,X電容，共模電感（也叫共模扼流圈 ），Y電容 根據(jù)IEC 60384-14,安規(guī)電容器分為X電容及Y電容: 1. X電容是指跨與L-N之間的電容器, 2. Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器.,安規(guī)電容之-X電容,X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類(lèi)電容。這種類(lèi)型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。 X電容容值選取是uF級(jí)，此時(shí)必須在X電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻,用于防止電源線(xiàn)拔插時(shí),由于該電容的充放電過(guò)程而致電源線(xiàn)插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。 安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線(xiàn)被拔掉時(shí),在1秒鐘內(nèi),電源線(xiàn)插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來(lái)額定工作電壓的37%。 作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。X電容一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和耐壓AC250V或AC280V字樣,但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V以上,使用的時(shí)候不要隨意使用標(biāo)稱(chēng)耐壓AC250V或者DC400V之類(lèi)的的普通電容來(lái)代用。,安規(guī)電容之-X電容,X電容主要用來(lái)抑制差模干擾 安全等級(jí) 峰值脈沖電壓 等級(jí)（IEC664） X1 2.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV X電容沒(méi)有具體的計(jì)算公式，前期選擇都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，后期在實(shí)際測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。,安規(guī)電容之-Y電容,交流電源輸入分為3個(gè)端子：火線(xiàn)（L）/零線(xiàn)（N）/地線(xiàn)（G）。在火線(xiàn)和地線(xiàn)之間以及在零線(xiàn)和地線(xiàn)之間并接的電容, 這兩個(gè)Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn), 以防引起電子設(shè)備漏電或機(jī)殼帶電,容易危及人身安全及生命。它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。 Y電容主要用于抑制共模干擾 Y電容的存在使得開(kāi)關(guān)電源有一項(xiàng)漏電流的電性指標(biāo)。 I類(lèi)設(shè)備,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.75mA; II類(lèi)設(shè)備,要求對(duì)地漏電電流不能超過(guò)0.25mA 。因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^(guò)2200PF（222）。,Y電容的作用及取值經(jīng)驗(yàn),Y電容底下又分為Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差別在于: 1. Y1耐高壓大于8 kV,屬于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣|額定電壓范圍 250V 2. Y2耐高壓大于5 kV,屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍150V 250V 3. Y3耐高壓 2.5KV 5KV 屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍150V 250V 4. Y4耐高壓大于2.5 kV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍150V GJB151中規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對(duì)保護(hù)人身安全具有重要意義。,共模電感的作用,共模電感上，A和B就是共模電感線(xiàn)圈。這兩個(gè)線(xiàn)圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制方向向反)。這樣，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí)，電流在同相位繞制的電感線(xiàn)圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消，此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線(xiàn)圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)；當(dāng)有共模電流流經(jīng)線(xiàn)圈時(shí)，由于共模電流的同向性，會(huì)在線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線(xiàn)圈的感抗，使線(xiàn)圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果，以此衰減共模電流，抑制高速信號(hào)線(xiàn)產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射，達(dá)到濾波的目的。,共模電感的設(shè)計(jì),第一步： 確定客戶(hù)的規(guī)格要求 ， EMI允許級(jí)別 第二步： 電感值的確定 第三步： core（磁芯）材質(zhì)及規(guī)格確定 第四步：繞組匝數(shù)及線(xiàn)徑的確定 第五步：打樣 第六步：測(cè)試,共模電感的設(shè)計(jì),EMI等級(jí) : Fcc Class B EMI測(cè)試頻率：傳導(dǎo)150KHz30MHz。 EMC測(cè)試頻率: 30MHz3GHz。 實(shí)際的濾波器無(wú)法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線(xiàn)，通?？蓪⒔刂诡l率設(shè)定在50KHz左右。在此，假設(shè)Fo=50KHz。 L1/(2 f)2*C,共模磁芯的選擇,以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的截止頻率，則可進(jìn)一步加大電感量，截止頻率一般不低于10KHz。理論上電感量越高對(duì)EMI抑制效果越好，但過(guò)高的電感將使截止頻率將的更低，而實(shí)際的濾波器只能做到一定的帶寬，也就使高頻雜訊的抑制效果變差（一般開(kāi)關(guān)電源的雜訊成分約為510MHz之間）。另外，感量越高，則繞線(xiàn)匝數(shù)越多，就要求磁芯的ui值越高，如此將造成低頻阻抗增加。此外，匝數(shù)的增加使分布電容也隨之增大，使