正激式電源原理設(shè)計.ppt

2019/11/22,正激式電源概述,一般DC/DC模塊電源，功率級一般從幾瓦到幾十瓦，輸出電壓從幾伏至上百伏，對于幾十瓦的電源，一般以低壓大電流為主，有5V/10A、5V/6A、3.3V/8A等規(guī)格，效率一般在80左右（具體視輸出電壓大小可以按要求設(shè)計）。因為模塊電源要求MTBF（平均無故障時間）1000000小時以上，所以要盡量避免使用電解電容，最好使用陶瓷電容。陶瓷電容容量不大，具有非常好的高頻特性。此外，DC/DC模塊電源的厚度要求小于12.7mm，所以對變壓器的要求高，磁芯必須具有扁平的形狀和在高頻情況下具有較小的損耗因子。,2019/11/22,磁性材料選擇說明,通常選用的芯材有TDK的PC40/44、PC50或菲利浦的3F3、3F4，國產(chǎn)的如金寧R2KD、R2KBD、R2KB1還有南京新康達(dá)HP2、HP3等。形狀以罐型為主，因為罐型磁芯具有較好的屏蔽，EMI中的棘手問題輻射也就好解決得多了。同時不能使局部溫度太高，必須均衡放置發(fā)熱元件，另外還要求較低的紋波和較高的效率等，所有這些挑戰(zhàn)使得采用正激式必較合適。,2019/11/22,電路原理的框圖,2019/11/22,正激式電路工作原理1,一般正激式上圖所示為單端正激式電路，它猶如帶變壓器的Buck型變換器。輸出電壓UO由N2/N1、占空比D和輸入電壓確定，即：Uo=（Ns/Np）DUin。當(dāng)PWM控制器輸出正脈沖，功率開關(guān)導(dǎo)通，變壓器的初級繞組流過電流，此電流由兩部分組成：第一部分為磁化電流，即流經(jīng)等效開環(huán)電感上的電流；第二部份是與輸出電流等效的初級電流，它和初次級匝比成反比，和輸出電流成正比。,2019/11/22,正激式電路工作原理2,儲存在電感上的能量必須在功率開關(guān)關(guān)斷后下一次開啟前泄放掉，以便使磁通復(fù)位。N3即為去磁繞組，一般N3=N1。如果設(shè)計一個36V至72V直流輸入、5V/6A輸出的模塊電源，當(dāng)去磁繞組與初級繞組的匝比為1時，Udsr=72V72V=144V。選用反峰Uds為200V的IRF630場效應(yīng)管，僅有50V的裕量用于承受異常時和疊加在此電壓上的尖峰脈沖。場效應(yīng)管的Rds與允許的Udsr成反比，如IRF630的Rds是0.4,而耐壓為100V的同系列產(chǎn)品IRF530N為0.11。很顯然，對寬范圍輸入的電源設(shè)計選用高耐壓的場效應(yīng)管（最高輸入直流電壓Uimax2使用）僅僅是為了對付高端輸入有點不太經(jīng)濟(jì)。,2019/11/22,變壓器復(fù)位電路,2019/11/22,變壓器復(fù)位電路分析,上圖中，若開關(guān)晶體管Tr1截至，則變壓器Np繞組產(chǎn)生反向電動勢，二極管Dr導(dǎo)通，同時對Cr充電，Rr與Cr并聯(lián)，Cr上的電荷被Rr消耗。變壓器實現(xiàn)復(fù)位的條件是Rr所消耗的功率等于變壓器所儲存的能量，設(shè)Cr的電壓為Vr，則：Vr=（Rrf/2Lp）VinTon設(shè)變壓器復(fù)位時間為tr，則復(fù)位條件為：VinTon=Vrtr，同時復(fù)位的動作必須在Tr1的OFF期間內(nèi)結(jié)束，那么絕對條件就是：trToff可見Rr過大，復(fù)位電壓Vr將迅速上升，復(fù)位要在很短的時間內(nèi)完成，同時取Vr=Vin。,2019/11/22,采用變壓器繞組復(fù)位電路,上述RDC復(fù)位電路，由于變壓器存儲的能量全部被電阻Rr所消耗，結(jié)果成了無用功。采用復(fù)位繞組N3，可以實現(xiàn)能量的回收。由于復(fù)位繞組N3的端電壓被嵌位為輸入電壓Vin，那么初級繞組Np產(chǎn)生復(fù)位電壓Vr為：Vr=NpVin/Nr只要減少復(fù)位繞組的匝數(shù)，即可使Vr上升，從而在很短的時間tr內(nèi)完成變壓器復(fù)位。由于MOS管和二極管的耐壓條件有限，一般取Vr=Vin，因此Np=Nr。,2019/11/22,正激式變壓器的設(shè)計,正激式變壓器上與反激式差不多，只是增加了一組磁芯復(fù)位繞組，這里的N3和圓邊繞組匝數(shù)相同即可。正激式變壓器輸出的特點是：輸出變壓器初級和次級的極性相同，開關(guān)管ON期間，向輸出一側(cè)傳輸電能。次級整流電路采用扼流線圈輸入型平均值整流方式。,2019/11/22,變壓器的參數(shù)計算1,計算工作周期：T=1/f這里的，f：開關(guān)的工作周期；最大導(dǎo)通時間：Tonmax=TDmax這里的，對于正激式，Dmax：0.40.45較好，一般取0.42；變壓器的次級電壓計算：Voutmin=（Vout+VL+VD）T/TonVoutmin：次級最小輸出電壓，V；Vout：輸出電壓，一般是給定值；VL：輸出電感壓降，一般取0.2V；VD：輸出整流二極管壓降，0.50.8V；,2019/11/22,變壓器的參數(shù)計算2,變壓器的匝比計算：一般要把交流換算成直流才計算：Vinmin（dc)=Vacmin1.40.9所以變壓器的匝比：N=Voutmin/Vinmin變壓器的次級匝數(shù)計算：Ns=（VoutminTonmax）104/（BmaxAe）Bmax：最大工作磁通密度，取Bsat/2=Bmax；Ae：磁芯有效截面積，mm2；變壓器的初級匝數(shù)計算：Np=（VinminTonmax）104/（BmaxAe）,2019/11/22,變壓器的參數(shù)計算3,變壓器的電感量計算：L=Np2AL106（uH）這里的，AL：電感量系數(shù)；磁芯的選擇：AP=AeAc=Pt106/2BmaxdKmKc這里的，（計算出AP值后，選磁芯時要選用2倍以上才可以）Bmax：最大工作磁通密度，取Bsat/2=Bmax，（T）；Pt：輸出功率的平均值，（W）；d：導(dǎo)線的載流能力，（5A/mm2）；Km：窗口的填充系數(shù)，0.20.4；Kc：磁芯的填充系數(shù)，鐵氧體為1；計算出來的AP值，再選用Ae時要稍大一些。,2019/11/22,輸出濾波器的計算,扼流圈的計算：IL=（Voutmin-（Vd+Vout）Tonmax/L一般IL取輸出電流Iout的1030%，我們一般取20%；所以得：L=（Voutmin-（Vd+Vout）Tonmax/IL計算線徑時可以按5A/mm2。輸出電容的計算