開關(guān)電源之反激式開關(guān)電源設(shè)計專題

1、現(xiàn)代電力電子技術(shù) 研究生課程教師： 潘三博電話：箱： （新能源發(fā)電）8 開關(guān)電源開關(guān)電源 8.1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 8.2 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式 8.3 開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源的應(yīng)用8 開關(guān)電源開關(guān)電源引言引言在各種電子設(shè)備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要在各種電子設(shè)備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要5V、3.3V、2.5V等，模擬電路需要等，模擬電路需要12V、15V等，這就需要專門設(shè)計電源裝置來提供等，這就需要專門設(shè)計電源裝置來提供這些電壓，通常要求電源裝置能達(dá)到一定的穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大這些電壓，通常要求電源裝

2、置能達(dá)到一定的穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大的電流。的電流。 線性電源和開關(guān)電源線性電源和開關(guān)電源 圖圖1所示為所示為線性電源線性電源，先用工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過整流濾波后，由線，先用工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過整流濾波后，由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。 圖圖2所示為所示為開關(guān)電源開關(guān)電源，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，然，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓器降壓、再整流濾波。后由高頻變壓器降壓、再整流濾波。 開關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基開關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基本取代

3、了線型電源，成為電子設(shè)備供電的主要電源形式。本取代了線型電源，成為電子設(shè)備供電的主要電源形式。 圖圖1 線性電源的基本電路結(jié)構(gòu)線性電源的基本電路結(jié)構(gòu) 圖圖2 半橋型開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)半橋型開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu) 8 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖3 開關(guān)電源的能量變換過程開關(guān)電源的能量變換過程交流輸入的開關(guān)電源交流輸入的開關(guān)電源 交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為先進(jìn)的開關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正大電容濾波，較為先進(jìn)的開

4、關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction - PFC)電路。電路。 高頻逆變變壓器高頻整流電路高頻逆變變壓器高頻整流電路是開關(guān)電源的核心部是開關(guān)電源的核心部分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。 高性能開關(guān)電源中普遍采用了高性能開關(guān)電源中普遍采用了軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)。 可以采用給高頻變壓器設(shè)計可以采用給高頻變壓器設(shè)計多個二次側(cè)繞組多個二次側(cè)繞組的方法來實的方法來實現(xiàn)不同電壓的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是相互隔現(xiàn)不同電壓的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是相互隔離的，但是僅能選擇離的，但是僅能選擇1

5、路作為輸出電壓反饋，因此也就只有路作為輸出電壓反饋，因此也就只有這這1路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低，路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低，而且其中而且其中1路的負(fù)載變化時，其它路的電壓也會跟著變化。路的負(fù)載變化時，其它路的電壓也會跟著變化。 圖圖4 多路輸出的多路輸出的整流電路整流電路 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)直流輸入的開關(guān)電源直流輸入的開關(guān)電源 也稱為也稱為直流直流變換器直流直流變換器(DC-DC Converter)，分為，分為隔離型隔離型和和非隔離型非隔離型，隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，

6、而非隔離型采用Buck、Boost、Buck-Boost等電路。等電路。 負(fù)載點穩(wěn)壓器負(fù)載點穩(wěn)壓器(POL-Point Of the Load regulator) 僅僅為僅僅為1個專門的元件（通常是一個大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流個專門的元件（通常是一個大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流直流變換器。直流變換器。 計算機主板上給計算機主板上給CPU和存儲器供電的電源都是典型的和存儲器供電的電源都是典型的POL。 非隔離的直流直流變換器、尤其是非隔離的直流直流變換器、尤其是POL的輸出電壓往往較低，為了提的輸出電壓往往較低，為了提高效率，經(jīng)常采用高效率，經(jīng)常采用同步同步Buck (Sync Buc

7、k)電路電路，該電路的結(jié)構(gòu)為，該電路的結(jié)構(gòu)為Buck，但二極，但二極管也采用管也采用MOSFET，利用其低導(dǎo)通電阻的特點來降低電路中的通態(tài)損耗，其，利用其低導(dǎo)通電阻的特點來降低電路中的通態(tài)損耗，其原理類似同步整流電路。原理類似同步整流電路。圖圖5 a)同步降壓電路同步降壓電路 圖圖6 b)同步升壓電路同步升壓電路 8 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖7 通信電源系統(tǒng)通信電源系統(tǒng) 分布式電源系統(tǒng)分布式電源系統(tǒng) 在通信交換機、巨型計算機等復(fù)在通信交換機、巨型計算機等復(fù)雜的電子裝置中，供電的路數(shù)太多，雜的電子裝置中，供電的路數(shù)太多，總功率太大，難以用一個開關(guān)電源完總功率太大，難以用一個開關(guān)電源完成，

8、因此出現(xiàn)了成，因此出現(xiàn)了分布式的電源系統(tǒng)分布式的電源系統(tǒng)。 如圖如圖7，一次電源完成交流直流，一次電源完成交流直流的隔離變換，其輸出連接到直流母線的隔離變換，其輸出連接到直流母線上，直流母線連接到交換機中每塊電上，直流母線連接到交換機中每塊電路板，電路板上都有自己的路板，電路板上都有自己的DC-DC變變換器，將換器，將48V轉(zhuǎn)換為電路所需的各種電轉(zhuǎn)換為電路所需的各種電壓；大容量的蓄電池組保證停電的時壓；大容量的蓄電池組保證停電的時候交換機還能正常工作候交換機還能正常工作 。 一次電源采用多個開關(guān)電源并聯(lián)一次電源采用多個開關(guān)電源并聯(lián)的方案，每個開關(guān)電源僅僅承擔(dān)一部的方案，每個開關(guān)電源僅僅承擔(dān)一部

9、分功率，并聯(lián)運行的每個開關(guān)電源有分功率，并聯(lián)運行的每個開關(guān)電源有時也被成稱為時也被成稱為“模塊模塊”，當(dāng)其中個別，當(dāng)其中個別模塊發(fā)生故障時，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運模塊發(fā)生故障時，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運行，這被稱為行，這被稱為“冗余冗余”。 8 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式圖圖8 開關(guān)電源的控制系統(tǒng)開關(guān)電源的控制系統(tǒng) 圖圖9 電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型的開關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖典型的開關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖10-26 所示，采用所示，采用反饋控制反饋控制，控，控制器根據(jù)誤差制器根據(jù)誤差e來調(diào)整控制量來調(diào)整控制量vc。 電壓模式控制電壓模式控制 圖圖8 所示即為電壓模式控制，所示即為電

10、壓模式控制，僅有一個輸出僅有一個輸出電壓反饋控制環(huán)電壓反饋控制環(huán)。 其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但有一其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但有一個顯著的缺點是不能有效的控制個顯著的缺點是不能有效的控制電路中的電流。電路中的電流。電流模式控制電流模式控制 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了電流電流反饋控制環(huán)反饋控制環(huán)，電壓控制器的輸出，電壓控制器的輸出信號作為電流環(huán)的參考信號，給信號作為電流環(huán)的參考信號，給這一信號設(shè)置限幅，就可以限值這一信號設(shè)置限幅，就可以限值電路中的最大電流，達(dá)到短路和電路中的最大電流，達(dá)到短路和過載保護(hù)的目的，還可以實現(xiàn)恒過載保護(hù)的目的，還可以實現(xiàn)恒流控制。流控制。 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的

11、控制方式圖圖10 峰值電流模式控制的原理峰值電流模式控制的原理 峰值電流模式控制峰值電流模式控制 峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖10a所示，主要的波形如圖所示，主要的波形如圖10b所示。所示。 基本的原理：開關(guān)的開通由基本的原理：開關(guān)的開通由時鐘時鐘CLK信號信號控制，控制，CLK信號每隔一定的時間信號每隔一定的時間就使就使RS觸發(fā)器觸發(fā)器置位，使開關(guān)開通；開關(guān)開通后置位，使開關(guān)開通；開關(guān)開通后iL上升，當(dāng)上升，當(dāng)iL達(dá)到電流給定值達(dá)到電流給定值iR后，比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位后，比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位RS觸發(fā)器，使開關(guān)關(guān)斷。觸發(fā)器，

12、使開關(guān)關(guān)斷。 a)b)開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式圖圖11 平均電流模式控制的原理平均電流模式控制的原理 a)b) 峰值電流模式控制的不足：該方法控峰值電流模式控制的不足：該方法控制電感電流的峰值，而不是電感電流的制電感電流的峰值，而不是電感電流的平均值，且二者之間的差值隨著平均值，且二者之間的差值隨著M1和和M2的不同而改變，這對很多需要精確控的不同而改變，這對很多需要精確控制電感電流平均值的開關(guān)電源來說是不制電感電流平均值的開關(guān)電源來說是不能允許的；峰值電流模式控制電路中將能允許的；峰值電流模式控制電路中將電感電流直接與電流給定信號相比較，電感電流直接與電流給定信號相比較，但電感電

13、流中通常含有一些開關(guān)過程產(chǎn)但電感電流中通常含有一些開關(guān)過程產(chǎn)生的噪聲信號，容易生的噪聲信號，容易造成比較器的誤動造成比較器的誤動作作，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動。，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動。平均電流模式控制平均電流模式控制 平均電流模式控制采用平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器作為作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量uc與鋸齒波信號與鋸齒波信號uS相比較，得到周期固相比較，得到周期固定、占空比變化的定、占空比變化的PWM信號，用以控信號，用以控制開關(guān)的通與斷。制開關(guān)的通與斷。 開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，如

14、開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，如臺式計算機和筆記本計算機的電源，電視機、臺式計算機和筆記本計算機的電源，電視機、DVD播放機播放機的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些電源功率通常僅有幾十等，這些電源功率通常僅有幾十W幾百幾百W；手機等移動；手機等移動電子設(shè)備的充電器也是開關(guān)電源，但功率僅有幾電子設(shè)備的充電器也是開關(guān)電源，但功率僅有幾W；通信；通信交換機、巨型計算機等大型設(shè)備的電源也是開關(guān)電源，但交換機、巨型計算機等大型設(shè)備的電源也是開關(guān)電源，但功率較大，可達(dá)數(shù)功率較大，可達(dá)數(shù)kW數(shù)百數(shù)百kW；工業(yè)上也大量

15、應(yīng)用開關(guān)；工業(yè)上也大量應(yīng)用開關(guān)電源，如數(shù)控機床、自動化流水線中，采用各種規(guī)格的開電源，如數(shù)控機床、自動化流水線中，采用各種規(guī)格的開關(guān)電源為其控制電路供電。關(guān)電源為其控制電路供電。 開關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電開關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電解等電化學(xué)過程等，功率可達(dá)幾十幾百解等電化學(xué)過程等，功率可達(dá)幾十幾百kW；在；在X光機、光機、微波發(fā)射機、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流微波發(fā)射機、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流輸出的開關(guān)電源。輸出的開關(guān)電源。 Converters & their power反激式開關(guān)電源設(shè)計反激式開關(guān)電源設(shè)計 Fly

16、back converter反激式開關(guān)電源設(shè)計反激式開關(guān)電源設(shè)計 第1章、電路結(jié)構(gòu) 第2章、控制器 第3章、變壓器設(shè)計 第一章、電路結(jié)構(gòu)第一章、電路結(jié)構(gòu) 單管反激電路基本結(jié)構(gòu)單管反激電路基本結(jié)構(gòu)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionS izeBDate:4-Dec-2006 S heet of F ile:E:技 術(shù) 資 料 培 訓(xùn) 教 材 M yDesign.ddbDrawn By:Q1D1N1N2D1C2R2T2DC INGNDDC OUTGNDDriveR1C1R3CS 雙管反激電路基本結(jié)構(gòu)雙管反激電路基本結(jié)構(gòu) 123456ABCD654321DC

17、BATi t l eNumberRevi si onSi zeBDat e:4-Dec-2006 Sheet of Fi l e:E: 技術(shù)資料 培訓(xùn)教材 MyDesi gn. ddbDrawn By:Q1Q2D1D2N1N2D3C1N2N3N1R2R1T1T2DC INGNDDC OUTGNDDri ve 單管反激電路實例單管反激電路實例(S012B(S012B系列原理圖系列原理圖) )F1T2AL,250V OR 2.2ohm /1WMOVD1D4D2D3LNC1L1R1C2R3C4R4N2N6N3D5D8D7D6Star5S1Vcc2Fb3Ipk4IC1R6R5D7D6C5IC2D8R7

18、C8C10L3C12231IC3R10R9R12R11C13L4V+GNDR13L2R8R2C7C15R14輸入整流濾波部分穩(wěn)壓反饋部分輸出整流濾波部分PWM部分吸收部分輸入電路輸入電路、輸入端噪音濾波電路和輸入過流保護(hù)電路如下所示：、輸入端噪音濾波電路和輸入過流保護(hù)電路如下所示： 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-Sep-2007Sheet of File:C:Documents and Settingstangnw.MS-7B684DD4CF75My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:L1F1M

19、OVR1R2NTCCX1LNL1L2F1MOVR1R2NTCCX1LNABL1MOVR1R2NTCCX1LNCCY1CY2F1L2MOVR1R2NTCCX1LNDCY1CY2F1L1 輸入端噪音濾波電路主要作用是防止電源對電網(wǎng)的干擾和防止電輸入端噪音濾波電路主要作用是防止電源對電網(wǎng)的干擾和防止電網(wǎng)對電源的干擾。電源對電網(wǎng)的干擾和影響的測試主要有諧波網(wǎng)對電源的干擾。電源對電網(wǎng)的干擾和影響的測試主要有諧波Harmonic、傳導(dǎo)噪音、傳導(dǎo)噪音Conduct、輻射噪音、輻射噪音Radiation、功率因數(shù)、功率因數(shù)電網(wǎng)對電源的干擾測試主要是靜電電網(wǎng)對電源的干擾測試主要是靜電ESD、雷擊、雷擊SURGE

20、、電壓跌落、電壓跌落Drop、電快速瞬變脈沖群、電快速瞬變脈沖群EFT 輸入過流保護(hù)主要是靠保險管、保險絲繞線電阻的過電流過功輸入過流保護(hù)主要是靠保險管、保險絲繞線電阻的過電流過功率熔斷特性。保險管主要用在高輸出功率的電源上，繞線電阻用率熔斷特性。保險管主要用在高輸出功率的電源上，繞線電阻用在低輸出功率的電源上。保險管重要的參數(shù)有額定電流、熔斷時在低輸出功率的電源上。保險管重要的參數(shù)有額定電流、熔斷時間、分?jǐn)嗄芰?，額定電流大、熔斷時間長、分?jǐn)嗄芰Φ?，容易炸間、分?jǐn)嗄芰?，額定電流大、熔斷時間長、分?jǐn)嗄芰Φ停菀渍压鼙?，這在安全認(rèn)證時是不允許的，因此，要盡量選擇分?jǐn)嗄芰压鼙?，這在安全認(rèn)證時是不允

21、許的，因此，要盡量選擇分?jǐn)嗄芰Ω叩谋ｋU管；保險絲繞線電阻重要的參數(shù)主要是過功率熔斷時力高的保險管；保險絲繞線電阻重要的參數(shù)主要是過功率熔斷時間，一般加在電阻兩端的電壓與電流的乘積為電阻標(biāo)稱功率的間，一般加在電阻兩端的電壓與電流的乘積為電阻標(biāo)稱功率的25倍時，要在倍時，要在60S內(nèi)熔斷內(nèi)熔斷 保險管、保險電阻對保險管、保險電阻對SURGE特性的影響是非常大的。同時特性的影響是非常大的。同時SURGE和安全要求又是矛盾的，還要滿足能效要求，因此，和安全要求又是矛盾的，還要滿足能效要求，因此，保險管、保險電阻的參數(shù)選取非常關(guān)鍵保險管、保險電阻的參數(shù)選取非常關(guān)鍵2、輸入浪涌電流的抑制、輸入浪涌電流的抑

22、制 浪涌電流主要用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、大功率電阻、單向可控浪涌電流主要用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、大功率電阻、單向可控硅，繼電器等元件來抑制硅，繼電器等元件來抑制15W以下的電源浪涌電流小于以下的電源浪涌電流小于30A15-60W電源浪涌電流小于電源浪涌電流小于50A60W以上的電源浪涌電流根據(jù)所選以上的電源浪涌電流根據(jù)所選元件和電網(wǎng)限流規(guī)格來定元件和電網(wǎng)限流規(guī)格來定3、輸入交流的整流主要有橋式整流和半波整流、輸入交流的整流主要有橋式整流和半波整流4、直流濾波主要有電容濾波和、直流濾波主要有電容濾波和型濾波，型濾波， 型濾波多用于小功率型濾波多用于小功率電源的電源的EMI的抑制。的抑制。123456

23、ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:11-Sep-2007Sheet of File:C:Documents and Settingstangnw.MS-7B684DD4CF75My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:1234BR1C1ACAC+-1234BR1C1ACAC+-ABLC21234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:11-Sep-2007Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesi

24、gn.ddbDrawn By:NsNpQ1VinQ2SCRC1NfR2R15、輸出整流主要有二極管整流和場效應(yīng)管同步整流，濾波主要有、輸出整流主要有二極管整流和場效應(yīng)管同步整流，濾波主要有電容濾波和電容濾波和型濾波型濾波6、保護(hù)電路、保護(hù)電路 過流保護(hù)分可恢復(fù)和閉鎖兩種，一般設(shè)計成過流保護(hù)分可恢復(fù)和閉鎖兩種，一般設(shè)計成“”字形下垂特性字形下垂特性； 過壓保護(hù)分可恢復(fù)、閉鎖和自殺式等三種過壓保護(hù)分可恢復(fù)、閉鎖和自殺式等三種 過溫保護(hù)分可恢復(fù)和閉鎖兩種過溫保護(hù)分可恢復(fù)和閉鎖兩種 短路保護(hù)也分可恢復(fù)和閉鎖兩種短路保護(hù)也分可恢復(fù)和閉鎖兩種1234ABCD4321DCBATitleNumberRevis

25、ionSizeA4Date:11-Sep-2007Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:NsD1C1L1C1+-1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:11-Sep-2007Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:N1sN1pN2sN2pQ1Q3Q2D1Dr+15VGNDVinV-V+同步整流PWM控制芯片(Fairch

26、ildsemi的FSDM0265R) 單端反激開關(guān)電源的變壓器實質(zhì)上是一個耦合電感，單端反激開關(guān)電源的變壓器實質(zhì)上是一個耦合電感，它要承擔(dān)著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工它要承擔(dān)著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工作于連續(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器的變壓器作于連續(xù)模式和斷續(xù)模式的單端反激變換器的變壓器設(shè)計進(jìn)行總結(jié)。設(shè)計進(jìn)行總結(jié)。 1、已知的參數(shù)已知的參數(shù) 根據(jù)需求和電路的特點確定，包括：輸入電壓根據(jù)需求和電路的特點確定，包括：輸入電壓Vin、輸、輸出電壓出電壓Vout、每路輸出的功率、每路輸出的功率Pout、效率、效率、開關(guān)頻率、開關(guān)頻率fs(或周期或周期T)、線路主開關(guān)管的耐壓、

27、線路主開關(guān)管的耐壓Vmos。 2、 計算計算 在反激變換器中，反激電壓在反激變換器中，反激電壓Vf與輸入電壓之和不與輸入電壓之和不能高過主開關(guān)管的耐壓，同時還要留有一定的裕量能高過主開關(guān)管的耐壓，同時還要留有一定的裕量5%5%。最大允許的反激電壓由下式確定：。最大允許的反激電壓由下式確定： Vf=VMos-VinDCMax-電壓裕量電壓裕量 漏電感尖峰電壓漏電感尖峰電壓 （2.1）漏電感引起的尖峰，一般有漏電感引起的尖峰，一般有50V-100V左右。左右。第二章、變壓器設(shè)計第二章、變壓器設(shè)計 對于對于90-264V的輸入電壓范圍，反激電壓可按的輸入電壓范圍，反激電壓可按60V-80V來選取，選

28、來選取，選70V左右比較合適，反激電壓選得高，左右比較合適，反激電壓選得高，初次級匝比就大，初級側(cè)的初次級匝比就大，初級側(cè)的Mosfet承受的反壓就高，承受的反壓就高，但溫升會低一點，次級側(cè)的整流管承受的反壓會低一但溫升會低一點，次級側(cè)的整流管承受的反壓會低一點，溫升也會低一點，此時變壓器的溫升會高一點（點，溫升也會低一點，此時變壓器的溫升會高一點（此時開關(guān)管占空比大，在相同工作頻率下變壓器初級此時開關(guān)管占空比大，在相同工作頻率下變壓器初級電感量比較大，需要的能量也就要多一些，變壓器的電感量比較大，需要的能量也就要多一些，變壓器的溫升會高一點）；反激電壓選得低，匝比就小，則溫升會高一點）；反激

29、電壓選得低，匝比就小，則Mosfet承受的反壓就低，但溫升會高一些，次級側(cè)的承受的反壓就低，但溫升會高一些，次級側(cè)的整流管承受的反壓會高一些，溫升也會高一些，此時整流管承受的反壓會高一些，溫升也會高一些，此時變壓器的溫升會低一些變壓器的溫升會低一些 實際設(shè)計產(chǎn)品時需根據(jù)所選半導(dǎo)體元件、變壓器、結(jié)構(gòu)來找實際設(shè)計產(chǎn)品時需根據(jù)所選半導(dǎo)體元件、變壓器、結(jié)構(gòu)來找一個最佳平衡點。一個最佳平衡點。 反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確反激電壓和輸出電壓的關(guān)系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后，就可以確定原、副邊的匝比了。定了反激電壓之后，就可以確定原、副邊的匝比了。 原、副邊的匝比

30、原、副邊的匝比n=n=Np/Ns=Vf/（Vout +Vd） （2.2） 另外，反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓另外，反激電源的最大占空比出現(xiàn)在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態(tài)，（最大輸出功率的狀態(tài)，（Vinmin一般選一般選110V-120V）根據(jù)在根據(jù)在穩(wěn)態(tài)下，變壓器的磁平衡，得下式：穩(wěn)態(tài)下，變壓器的磁平衡，得下式： VinminDMax=Vf(1-DMax) DMax= Vf/ (Vinmin+ Vf) （2.3） 設(shè)在最大占空比時，當(dāng)開關(guān)管開通時，原邊電流為設(shè)在最大占空比時，當(dāng)開關(guān)管開通時，原邊電流為Ip1，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，原邊電流上升到，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，原邊電流上升到Ip。若。

31、若Ip1為為0，則說明變換器工作于臨界模式或斷續(xù)模式，否則工作則說明變換器工作于臨界模式或斷續(xù)模式，否則工作于連續(xù)模式。于連續(xù)模式。123456ABCD654321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:5-Dec-2006 Sheet of File:E:技 術(shù) 資 料 培 訓(xùn) 教 材 M yDesign.ddbDrawn B y:連 續(xù) 模 式 時 的 初 級 電 流 波 形斷 續(xù) 模 式 (非 連 續(xù) 模 式 )時 的 初 級 電 流 波 形 連續(xù)模式時初級電流波連續(xù)模式時初級電流波形形斷續(xù)或臨界模式時初級電流波斷續(xù)或臨界模式時初級電流波形形初級OSFET漏

32、極的電壓波形如下圖示 對應(yīng)臨界模式 對應(yīng)非連續(xù)模式 對應(yīng)連續(xù)模式123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20 -Aug-20 07Sh eet of File:C:Documents and Settings137 28My Do cumentsMyDesig n.ddbDrawn By :谷 底 開 通 Mosfet導(dǎo) 通關(guān) 斷2、 對 應(yīng) 臨 界 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 小 )尖 峰 要 小 ,初 級 吸 收 電 容 要 大 ,電 阻 要 小振 鈴 個 數(shù) 要 少 ,則 吸 收 二 極 管 速 度 要 慢3、 對

33、應(yīng) 連 續(xù) 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 大 )1、 對 應(yīng) 非 連 續(xù) 模 式匝比:50T/9T改善方案:電感減小，調(diào)整到如圖2的臨界模式123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20 -Aug-20 07Sh eet of File:C:Documents and Settings137 28My Do cumentsMyDesig n.ddbDrawn By :谷 底 開 通 Mo sfet導(dǎo) 通關(guān) 斷2 、 對 應(yīng) 臨 界 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 小 )尖 峰 要 小 ,初 級 吸 收 電 容 要 大

34、 ,電 阻 要 小振 鈴 個 數(shù) 要 少 ,則 吸 收 二 極 管 速 度 要 慢3 、 對 應(yīng) 連 續(xù) 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 大 )1 、 對 應(yīng) 非 連 續(xù) 模 式匝比:50T/9T改善方案:電感減小，調(diào)整到如圖2的臨界模式123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:20 -Aug-20 07Sh eet of File:C :Documents and Settings137 28My Do cumentsMyDesig n.ddbDrawn By :谷 底 開 通 Mo sfet導(dǎo) 通關(guān) 斷2 、 對 應(yīng) 臨

35、界 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 小 )尖 峰 要 小 ,初 級 吸 收 電 容 要 大 ,電 阻 要 小振 鈴 個 數(shù) 要 少 ,則 吸 收 二 極 管 速 度 要 慢3 、 對 應(yīng) 連 續(xù) 模 式 (此 時 肖 特 基 尖 峰 最 大 )1 、 對 應(yīng) 非 連 續(xù) 模 式匝比:50T/9T改善方案:電感減小，調(diào)整到如圖2的臨界模式由能量守恒，得到下式：由能量守恒，得到下式： 1/2 (Ip1+Ip) DMax VinDCMin=Pout/ (2.4) (2.4) 令令K= IK= Ip1p1 / I / Ip p ，則則I Ip1p1 =K =KIp 當(dāng)當(dāng)K=0K=0，則，則I

36、 Ip1p1 =0 =0，此時工作在臨界或斷續(xù)模式，此時工作在臨界或斷續(xù)模式 當(dāng)當(dāng)0 0K K1 1，此時工作在連續(xù)模式，此時工作在連續(xù)模式 K K值的值的選選取取最好是當(dāng)輸入電壓為最好是當(dāng)輸入電壓為230V,電路工作在臨界電路工作在臨界模式，即模式，即K=0,K=0,此時的效率是最高的；那么此時的效率是最高的；那么, ,當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為90V時時,電路工作在連續(xù)模式，電路工作在連續(xù)模式， K0.25K0.25左右。左右。變換器的初級繞組電流，初級電感量，初級匝數(shù)由以下公式變換器的初級繞組電流，初級電感量，初級匝數(shù)由以下公式可以求出可以求出 (2.5) (2.6) (2.7) 1234

37、56ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Aug-2007Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:Ip =2Po(1+K)ViminDmaxNp =BwLg0.4IpLp =ViminTon(1-K)Ip 為了避免磁芯飽和，應(yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)?shù)臍庀稙榱吮苊獯判撅柡?，?yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)?shù)臍庀?，氣隙一般大于，氣隙一般大?.01Cm，功率大，則氣隙要大。由以上可得磁，功率大，則氣隙要大。由以上可得磁芯參數(shù)：芯參數(shù)： (

38、2.8)(2.8) 根據(jù)求得的根據(jù)求得的Ae值選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長寬之值選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長寬之比比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時可比比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時可以減小漏感。以減小漏感。 有了磁芯需再較正原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式：有了磁芯需再較正原邊的匝數(shù)。根據(jù)下式： (2.9)(2.9) 再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時求的再根據(jù)原、副邊的匝比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。有時求的匝數(shù)不是整數(shù)，將副邊的匝數(shù)取整后再修改原邊匝數(shù)匝數(shù)不是整數(shù)，將副邊的匝數(shù)取整后再修改原邊匝數(shù)1234ABCD4321DCBATitleNu

39、mberRevisionSizeA4Date:27-Aug-2007Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:Np =LpIp10BwAe81234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:29-Aug-2007Sheet of File:C:Documents and Settingstangnw.MS-7B684DD4CF75My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:Ae =LgLp1080.4Np2在上式中：在上式

40、中： Lg為氣隙長度，單位為為氣隙長度，單位為c cm Np為原邊匝數(shù)，為原邊匝數(shù)， Ae為磁芯的截面積，單位為磁芯的截面積，單位c cm2 Lp為原邊電感量，單位為為原邊電感量，單位為H(亨利亨利) Bw為工作磁通密度，單位為高斯為工作磁通密度，單位為高斯 （Bw一般選一般選0.7Bs以下的值，以下的值，Bs是磁芯最大磁通密度，在磁芯的是磁芯最大磁通密度，在磁芯的手冊中手冊中Bs的單位是的單位是mT毫特斯拉，毫特斯拉， 1mT=10GS高斯）高斯）初級繞組電流有效值初級繞組電流有效值Iprms： (2.10)次級繞組電流有效值次級繞組電流有效值Isrms： (2.11)1234ABCD432

41、1DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Aug-2007Sheet of File:C:Documents and Settingstangnw.MS-7B684DD4CF75My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:Iprms = IpDmax3(1+K+K )21234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Aug-2007Sheet of File:C:Documents and Settingstangnw.MS-7B684DD4CF75My DocumentsMyDesign

42、.ddbDrawn By:Isrms =IprmsViminDmaxVs(1-Dmax)銅線電流密度按如下選取銅線電流密度按如下選取:(:(絕緣等級絕緣等級CALL B)CALL B) 5W以下：取以下：取7.0A-9.0A/mm2 ; ; 5W-24W：?。喝?.0A-8.0A/mm2 ; ; 24W-50W：?。喝?.0A-7.0A/mm2 ; ; 50W以上：取以上：取4.0A-6.0A/mm2 甚至更?。簧踔粮?； (在變壓器加有散熱片時可選大一點在變壓器加有散熱片時可選大一點, ,繞組在繞組在線槽最里面，要線槽最里面，要選小選小一點一點, ,在在線槽最外面，可線槽最外面，可選大一點選

43、大一點, ,如要求變壓器溫升小如要求變壓器溫升小, ,則電流密則電流密度要選小一點度要選小一點)。次級導(dǎo)線截面積計算也可以按輸出直流每次級導(dǎo)線截面積計算也可以按輸出直流每1安培安培需要的導(dǎo)線截面積需要的導(dǎo)線截面積0.125mm2(0.4mm)、 0.16mm2(0.45mm)、 0.196mm2(0.5mm)、 0.238mm2(0.55mm)來計算，功率大輸出來計算，功率大輸出電流大取大值電流大取大值,否則取小值否則取小值,如輸出如輸出12V/5A，取，取0.238mm2(0.55mm)來計算，導(dǎo)線總截面積來計算，導(dǎo)線總截面積1.19mm2 ，相當(dāng)于，相當(dāng)于2根根0.85mm導(dǎo)線截面積導(dǎo)線截

44、面積. 以上只作為參考，以上只作為參考，實際設(shè)計時要根據(jù)實際設(shè)計時要根據(jù)骨架骨架規(guī)格規(guī)格, ,溫升要求適當(dāng)溫升要求適當(dāng)調(diào)整。氣隙長度按如下選取：調(diào)整。氣隙長度按如下選?。?W以下：取以下：取0.01-0.02cm; 0.01-0.02cm; 5W-24W：?。喝?.02-0.04cm;0.02-0.04cm;24W-50W：?。喝?.03-0.05cm; 0.03-0.05cm; 50W以上：取以上：取0.03cm0.03cm以上以上. . 銅線線徑按如下公式計算銅線線徑按如下公式計算: (2.12)以上是考慮成本因數(shù)的一個合適選擇，當(dāng)磁芯截面積比以上是考慮成本因數(shù)的一個合適選擇，當(dāng)磁芯截面積

45、比較較大時，氣隙長度可按下限選擇；截面積小，要選大一點大時，氣隙長度可按下限選擇；截面積小，要選大一點，否則，磁芯易飽和。否則，磁芯易飽和。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:6-Sep-2007 Sheet of File:C:Documents and Settings13728My DocumentsMyDesign.ddbDrawn By:d = 2 IrmsJS012B系列變壓器設(shè)計步驟 已知條件已知條件1 1、輸入電壓、輸入電壓Vin:90Vac-264Vac:90Vac-264Vac2 2、輸出電壓、輸出電壓Vout:12V:12V3 3、輸出電流、輸出電流Iout:1.25A:1.25A4 4、MosfetMosfet耐壓耐壓Vmos:650V:650V5 5、開關(guān)頻率、開關(guān)頻率f f：67KHz67KHz6 6、FSDM0265RFSDM0265R最大輸出功率：最大輸出功率： 13W13W（密封無散熱片）（密封無散熱片） 20W20W（開放式無散熱片）（開放