二章-單端反激-TOPswitch課件

1、第二章 單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源 2.1 基本工作原理 2.2 TOPSwitch組成單端反激式 開關(guān)電源的設(shè)計流程 2.3 參數(shù)分析與計算公式 2.4 變壓器的設(shè)計方法與絕緣特性第二章 單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源 2.1 基本工作原理 2.1 基本工作原理一、電路結(jié)構(gòu)電感儲能式變換器 2.1 基本工作原理一、電路結(jié)構(gòu)電感儲能式變換器第二章-單端反激-TOPswitch課件二、副邊電流的三種工作狀態(tài)：1、2、3、 令is=0, 可求出臨界狀 態(tài)的關(guān)斷時間:二、副邊電流的三種工作狀態(tài)：1、2、3、 令is=0, 1、1、2、2、3、3、三、三種工作模式：1）根據(jù)二次側(cè)電感電流的最小值是否大于輸出電流：

2、 完全電感供電模式（CISM） 不完全電感供電模式（IISM） 二次側(cè)臨界電感2）根據(jù)二次側(cè)電感電流的最小值是否為零： 電感電流連續(xù)模式（CCM） 電感電流不連續(xù)模式（DCM） 二次側(cè)臨界電感三、三種工作模式：1）根據(jù)二次側(cè)電感電流的最小值是否大于輸出故而三種模式為： （1）完全電感供能模式（CISM） 二次側(cè)電流最小值 （2）不完全電感供能且連續(xù)導(dǎo)電模式（IISM-CCM） 二次側(cè)電流最小值 （3）不完全電感供能且段續(xù)導(dǎo)電模式（IISM-DCM） 二次側(cè)電流最小值故而三種模式為：四、磁通復(fù)位（單端變換器的設(shè)計原則）四、磁通復(fù)位（單端變換器的設(shè)計原則） 從上面關(guān)系式看出，電流為連續(xù)狀態(tài)時，輸出

3、電壓與負載電阻大小無關(guān)，于是可以得到臨界截止時間：電流為連續(xù)狀態(tài)時，原邊輸入功率為：則有： 從上面關(guān)系式看出，電流為連續(xù)狀態(tài)時，輸出電壓 2.2 TOPSwitch組成單端反激電源的設(shè)計流程 一、TOPSwitch器件 TOPSwitch(Three-terminal Off-line PWM Switch)三端脫線式開關(guān)。內(nèi)部具有：高壓溝道MOSFET、電壓型PWM控制器、100KHz高頻振蕩器、高壓啟動偏置電路、基準電壓、用于環(huán)路補償?shù)牟⒙?lián)偏置調(diào)整器、誤差放大器和故障保護功能模塊，包含所有模擬和數(shù)字控制電路，能完成隔離變壓、調(diào)壓穩(wěn)壓、自動保護等功能。 其開關(guān)頻率高達100 kHz ，故而可

4、縮小變壓器尺寸，且儲能元件更小。其高度集成化使得設(shè)計任務(wù)大大簡化 2.2 TOPSwitch組成單端反激電源的設(shè)計流程第二章-單端反激-TOPswitch課件TOPSwitchII的性能改進：TOPSwitchII的性能改進：第二章-單端反激-TOPswitch課件TOPSwitch組成的反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源基本電路TOPSwitch的反饋電路：受光耦器件控制類型TOPSwitch組成的反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源基本電路TOPSwTOPSwitch的反饋電路：偏置繞組只接阻容（或再串二極管）TOPSwitch的反饋電路：偏置繞組只接阻容（或再串二極管二、TOPSwitch組成的電源的設(shè)計流程1）根據(jù)用戶

5、要求，確定電源的基本指標，和相應(yīng)的反饋電路結(jié)構(gòu)：指標較高者選用光耦反饋控制電路，指標較低者可選擇反饋繞組直接阻容（或再串聯(lián)穩(wěn)壓二極管）；2）選擇足夠的最小功率規(guī)格TOPSwitchIC器件；3）根據(jù)已選的TOPSwitch器件，設(shè)計最小號的主功率變壓器；4）合理選擇其他所有外部元器件參數(shù)； TOPSwitch適用于100kHz頻率下的5-10W、20-60W中小功率穩(wěn)壓電源。二、TOPSwitch組成的電源的設(shè)計流程1）根據(jù)用戶要求，三、設(shè)計具體過程步驟1：根據(jù)用戶要求，確定設(shè)計電源的電網(wǎng)交流輸入電壓值，有三種典型類別：一是輸入為100-115VAC，二是輸入為通用范圍85-265VAC，三是

6、輸入為230VAC。 此三種類型的交流輸入電壓對應(yīng)的：交流電壓最大值VACMAX和最小值VACMIN；對應(yīng)的整流后變換器輸入端直流電壓VDCMAX和VDCMIN；不同直流輸入相應(yīng)的原邊反射電壓VOR、原邊齊納二極管箝位電壓VCLO。三、設(shè)計具體過程步驟1：根據(jù)用戶要求，確定設(shè)計電源的電網(wǎng)交流 根據(jù)最小直流輸入電壓VDCMIN和原邊反射電壓VOR，來確定DMAX，且VDS=10V 根據(jù)最小直流輸入電壓VDCMIN和原邊反射電壓VOR，步驟2：根據(jù)設(shè)計電源要求的輸出電源穩(wěn)定精確度、負載電流變化率、電網(wǎng)電壓變化的調(diào)整率來確定反饋傳感電路的結(jié)構(gòu)和偏置電壓值；步驟2：根據(jù)設(shè)計電源要求的輸出電源穩(wěn)定精確度

7、、負載電流變化率步驟3：根據(jù)不同的電網(wǎng)輸入電壓條件，按連續(xù)工作狀態(tài)與非連續(xù)工作狀態(tài)的原邊電流比例因數(shù)KRP=（IR/IP），也即原邊脈動電流與峰值電流之比。開始選用從最小值選起。步驟3：根據(jù)不同的電網(wǎng)輸入電壓條件，按連續(xù)工作狀態(tài)與非連續(xù)工步驟4：選擇功率容量足夠的最小型號的TOPSwitch，從盡可能小的三端TOPSwitch工作電流開始考慮選擇。當有必要時，應(yīng)選擇功率容量較大型號的器件。 對照要求的峰值電流IP來檢驗所選TOPSwitch的最小限制電流ILIMIT，可增大電流比例因數(shù)，直到KRP=1.0，或取 ，反復(fù)調(diào)節(jié)。步驟4：選擇功率容量足夠的最小型號的TOPSwitch，當有步驟5：計

8、算變壓器原邊電感LP，設(shè)置變壓器原邊繞組匝數(shù)的繞制層數(shù)，確定副邊匝數(shù) NS，計算原副邊繞組匝數(shù)NP和偏置為繞組匝數(shù)NR 。步驟6：確定副邊的參數(shù)ISP ， ISRMS ， IRIPPLE ， DIAS ， ODS步驟7：確定副邊繞組最大峰值反向電壓PIVS (V)， 確定偏置繞組最大峰值反向電壓PIVB (V)步驟5：計算變壓器原邊電感LP，設(shè)置變壓器原邊繞組匝數(shù)的繞制步驟8：根據(jù)電網(wǎng)交流輸入電壓和箝位齊納電壓VCLO，合理選用接在原邊繞組與MOSFET漏極間的齊納二極管與阻斷二極管。步驟9：選用輸出整流器的二極管；步驟10：按輸出電流脈動值 IRIPPLE，選用輸出電容器；選擇偏置電路整流器

9、二極管；若輸出電壓未限制在規(guī)定范圍內(nèi)，增設(shè)輸出LC濾波器；步驟8：根據(jù)電網(wǎng)交流輸入電壓和箝位齊納電壓VCLO，合理選用 2.3 參數(shù)分析與計算公式 根據(jù)上節(jié)設(shè)計步驟進一步分析和展開，深入討論反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的 逐步設(shè)計方法和主要步驟分解。（1）確定電源要求的 等，確定輸入電容量CIN和最小直流輸入電壓VMIN。 VDCMIN和VDCMAC均取決于交流輸入電壓、橋式整流器及儲能電容量CIN的大小。在tc內(nèi)，電容被充電；在交流輸入電壓的峰值之間的放電期間， CIN提供所有的原邊平均電流。 2.3 參數(shù)分析與計算公式 根據(jù)上節(jié)設(shè)第二章-單端反激-TOPswitch課件（2）確定反射輸出電壓VOR和

10、箝位齊納電壓VCLO變壓器原邊漏感儲能引起的電壓尖峰 VCLO齊納管箝位電壓，VCLM要高于規(guī)范的VCLO 40?？紤]與齊納管相串的二極管的正向恢復(fù)時間引起的尖峰電壓，故增加20V的余額。TOPSwitch漏極最大電壓：（2）確定反射輸出電壓VOR和箝位齊納電壓VCLO變壓器原邊 雖然邊界限制電壓值較小，但作用不可忽視，以上將所有最壞情況的數(shù)值加在一起。 雖然邊界限制電壓值較小，但作用不可忽視，以上（3）在低電網(wǎng)電壓時，由VOR和VMIN確定最大占空比DMAXTOPSwitch導(dǎo)通時的漏源平均電壓值假設(shè)VDS為零，實際考慮為10V（3）在低電網(wǎng)電壓時，由VOR和VMIN確定最大占空比DMA假設(shè)

11、VDS為零，實際考慮為10V假設(shè)VDS為零，實際考慮為10V TOPSwitch漏極箝位與齊納管、阻斷管的選擇： 當MOSFET截止時，變壓器的漏感將產(chǎn)生尖峰電壓，該尖峰電壓必須被箝位低于BVDSS ，箝位電路由齊納二極管VR1和阻斷二極管D1組成 ； 反向阻斷管采用超快恢復(fù)高壓整流管，其反向恢復(fù)時間應(yīng)小于75ns，擊穿電壓值的選擇為：TOP1系列用400V， TOP2系列用600V，； 箝位齊納管在瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)時，必須有足夠的控制能，其箝位電壓大致高于反射輸入電壓VOR的1.5倍。對于TOP1器件，VOR應(yīng)取60V或小些；對于TOP2器件VOR應(yīng)取135V或小些； 注意齊納二極管的熱阻抗和穩(wěn)態(tài)

12、功耗能力依賴于引腳導(dǎo)線的直徑，它應(yīng)當在0.0370.043英寸之間。 TOPSwitch漏極箝位與齊納管、阻斷管的（4）設(shè)置脈動電流IR與峰值電流IP的電流比例因數(shù)KRP 在大多數(shù)連續(xù)工作狀態(tài)下，對于電網(wǎng)為 100-115 VAC或者通用輸入交流電壓時，先取電流比例因數(shù)KRP0.4；在230VAC電網(wǎng)輸入時，取KRP=0.6。當連續(xù)工作狀態(tài)較少時，KRP會增加到較高值。按上述定義，KRP不會大于1.0，并且也不可能被設(shè)置在比0.4更小的數(shù)值。（4）設(shè)置脈動電流IR與峰值電流IP的電流比例因數(shù)KRP （5）確定原邊波形參數(shù)IAVG、IP 、 IR 、IRMS（5）確定原邊波形參數(shù)IAVG、IP

13、、 IR 、IRMS第二章-單端反激-TOPswitch課件（6）根據(jù)TOPSwitch數(shù)據(jù)庫中的最小電流限制ILIMIT和要求的IP值，來確定其型號。 產(chǎn)品資料中的電流限制最小值 ILIMIT 是在室溫下的，具有負溫度系數(shù)，必須考慮 ILIMIT 在高溫時下降 10 來計算，并將其與數(shù)據(jù)庫中的最小限制電流 ILIMIT 作比較，大于該 ILIMIT 數(shù)值的最小功率的 TOPSwitch，應(yīng)當作為最低功耗的首選器件。（6）根據(jù)TOPSwitch數(shù)據(jù)庫中的最小電流限制ILIMI（7）如果有必要減少功耗，可用較大的TOPSwitch來檢驗熱溫升限制。低電網(wǎng)輸入電壓時，TOPSwitch的導(dǎo)通損耗：

14、(100攝氏度高溫)低電網(wǎng)電壓條件下，TOPSwitch的開關(guān)損耗：由總損耗來計算結(jié)點溫度：若 ,應(yīng)當選用更大功率的TOPSwitch器件。（7）如果有必要減少功耗，可用較大的TOPSwitch來檢驗（8）確定原邊繞組電感量LP或原邊繞組匝數(shù)NP：（檢驗電路測量LP的方法之一） TOPSwitch導(dǎo)通時，IP升到IR，變壓器儲能；器件截止時，與IR有關(guān)的儲能增量提供給負載和副邊損耗。Z為副邊損耗與總損耗的比例值。如Z1，所有損耗都在副邊；如Z0，所有損耗都在原邊。如無更好信息，則取Z=0.5（8）確定原邊繞組電感量LP或原邊繞組匝數(shù)NP：（檢驗電路測（9）副邊繞組匝數(shù)NS、偏置繞組匝數(shù)NB V

15、O為輸出電壓、VD為輸出二極管正向電壓、NS為副邊繞組匝數(shù)、VB為指標偏置電壓、VBD為偏置二極管電壓。 副邊繞組匝數(shù)NP可由反射電壓電壓VOR、副邊輸出電壓VO 、整流二極管正向電壓VD來求得。（9）副邊繞組匝數(shù)NS、偏置繞組匝數(shù)NB VO 副邊峰值電流ISP： 副邊電流有效值ISRMS： 輸出電容器的脈動電流IRIPPLE：（該參數(shù)并不是實際變壓器的參數(shù)，但對于電容器的選取有用。） 其中，輸出電流I0為輸出功率P0與輸出電壓V0的比值。 副邊峰值電流ISP： 副邊電流 2.2 變壓器的設(shè)計方法與絕緣特性一、變壓器的參數(shù)設(shè)計變壓器作用：既是變壓器，又是儲能元件；參數(shù)設(shè)計 要求：（1）先求出原邊繞組電感量Lp；（2）選擇規(guī)格、尺寸合適的高頻變壓器磁芯；（3）再計算原邊繞組匝數(shù)Np； 2.2 變壓器的設(shè)計方法與絕緣特性一、變壓器的參數(shù)設(shè)（2） 因為反激式變換器的功率通常較小，一般選用鐵氧體磁芯最為變壓器，其功率容量如下：（1）根據(jù)計算出的Ap，選取余量稍大的磁芯