第一講開關(guān)電源設(shè)計

第一講開關(guān)電源設(shè)計第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一AC/DC開關(guān)電源常用的主電路結(jié)構(gòu)：單端反激式開關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源半橋式開關(guān)電源全橋式開關(guān)電源推拉式開關(guān)電源開關(guān)電源的控制方式：電壓型PWM控制電流型PWM控制

MCU、ＡＳＩＣ或DSP控制第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一B、AC/DC開關(guān)電源設(shè)計一、AC/DC開關(guān)電源常用電路結(jié)構(gòu)1、單端反激式開關(guān)電源當(dāng)負載為零時（即開路），輸出電壓U0

∞,這種情況不允許出現(xiàn)，故反激式開關(guān)電源輸出端必須接一個假電阻負載，如接1個100K?電阻。輸出電壓：第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、單端正激式開關(guān)電源第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3、半橋開關(guān)電源設(shè)計輸出電壓：，如負載開路，則：第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

4、全橋開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，輸出電壓為：當(dāng)負載開路，則輸出電壓極限值為：

第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一5、推換式開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時，輸出電壓為：當(dāng)負載開路，則輸出電壓極限值為：第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二、PWM控制芯片介紹目前AC/DC常用的控制芯片有電壓式和電流式兩種。1、電壓式典型芯片有：TL494第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、電流型PWM控制器第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一例一、AC/DC單路輸出15W開關(guān)電源設(shè)計1.1設(shè)計要求已知條件：輸入電壓AC：85—265V輸出功率PO=15W

輸出電壓：7.5V額定輸出電流：2A

輸出紋波電壓:≤１００mV1.2電路結(jié)構(gòu)選擇考慮到輸出功率較小，主電路可選擇單端反激式，為此選擇API（AdvancedPowerIntegration）公司的集成控制芯片TOP202。TOP202主要參數(shù)：

VDS=700V,DMAX=0.6，P=15W—30W,FS=100KHZ第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一單端反激式輸出切勿開路?。?！第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一1.3高頻變壓器設(shè)計A、計算最大和最小直流輸入電壓（加到變壓器初級）:Vmin=1.1×Vacmin=1.1×85=93VVmax=1.4142×Vacmax=1.4142×265=375VB、輸入電流平均值第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一C、輸入電流峰值取1，DMAX取0.6D、輸入電流有效值第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一E、計算變壓器初級電感量第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

F、計算變壓器原副邊匝比計算ＮＰ需知道ＡL值，而ＡL由磁芯型號和尺寸決定．磁芯尺寸Ae可用平均功率估算:第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一選PC40錳鋅功率鐵氧體磁芯RM8。其飽和磁通密度BS在100℃下為390mT，有效截面積Ae=64mm2，電感系數(shù)第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一由初級電感量LP估算原邊匝數(shù)：

考慮實際使用時變壓器須加氣隙，故單位匝數(shù)的電感量將下降,故可取：NP=2×22=44匝第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一副邊實取3匝，則對應(yīng)原邊調(diào)整為15.3×3=46匝G、計算變壓器氣隙如果氣隙>1mm,則說明磁芯截面過大；如果氣隙＜０.20mm,說明磁芯截面過小。第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一H.變壓器磁飽和校驗交流磁通產(chǎn)生磁感應(yīng)強度變化幅值：ΔＢac+ΔBdc=270+13.8=283.8<390mT,故磁芯工作時不會產(chǎn)生飽和．第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一Ｉ、變壓器線徑計算原邊線徑：副邊線徑：第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一１.４輸入整流橋計算由于輸入整流橋流過的最大峰值電流為０．６６７Ａ，故選擇２Ａ／６００Ｖ以上整流橋。１.５輸入濾波電容計算輸入濾波電容一般取輸出功率的１－２倍，故?。常硊F/400V第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一1.6、輸出濾波電容計算Dmin=Vinmax/實?。叮福皍F和１２０uF二只電容并聯(lián)，或用多只小電容并聯(lián)，以減少ＥＳＲ．第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一選擇２0A／３０V以上快恢或肖特基二極管如選IR公司的肖特基:20TQ04545V/20A，VFM=0.51V,TO-220AC如果要進一步降低輸出整流管上損耗,可選用MOS管作同步整流,或者選用碳化硅肖特基二極管。1.7、輸出整流二極管選擇變壓器次級峰值電流：第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一１.８降低開關(guān)電源功耗的一些措施選用低導(dǎo)通電阻ＲＯＮ的ＭＯＳ功率管，ＲＯＮ越小，導(dǎo)通損耗越?。x用合適的驅(qū)動電路，降低主開關(guān)管的開通和關(guān)斷損耗選用合適的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率越低，開關(guān)管和高頻變壓器的開關(guān)損耗就越小，當(dāng)然開關(guān)頻率應(yīng)在２０ＫＨＺ以上．輸出整流盡量選用肖特基二極管，并且耐壓不宜過高．輸出濾波電容盡量多只電容并聯(lián)，以降低電容器的ＥＳＲ．高頻變壓器的電感量適當(dāng)加大，以降低流過主回路的峰值電流．從而提高效率．原副邊線圈采用多股線．第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一例二、AC/DC開關(guān)電源第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一用NCP1053設(shè)計的4.3V/2A開關(guān)電源:第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一例三、DC／ＤＣ數(shù)控開關(guān)電源設(shè)計1、

設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個輸出電壓步進可調(diào)的數(shù)控電壓源，并由數(shù)碼管顯示其輸出值。具體要求如下：輸入電壓:３０Ｖ輸出電壓:2~20V，調(diào)節(jié)單位0.1V

輸出紋波電壓：<５０mV

輸出電流：1A

輸出電壓由數(shù)碼管顯示

“+”、“-”鍵分別控制輸出電壓的步進增減具有輸出過流保護功能第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一２、方案一采用線性穩(wěn)壓器本方案主要由線性可調(diào)三端穩(wěn)壓器ＬＭ３１７、單片機、數(shù)控電位器等組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)控電位器選擇：

這里IR=50μA

為使負載開路時，也能使輸出電壓穩(wěn)定，輸出靜態(tài)電流ＩＱ必須大于5mA。為此可得：

第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一＝故：第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)輸出=2V時，令ＲＷ＝０，代入上式可得R2值：當(dāng)輸出=20V時，可得：第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一所以ＲＷ=3.75Ｋ-0.15Ｋ=3.6Ｋ由于輸出電壓要求調(diào)節(jié)單位為0.1V，故2~20V需180個調(diào)節(jié)單位。為此可選４只１００級的數(shù)控可調(diào)電位器（型號為X9C102，其電阻值為１ＫΩ）串聯(lián)．?dāng)?shù)控電位器X9Ｃ1０2主要技術(shù)參數(shù):Vcc=5V,Ic=３mA，R=１k?，阻值位置掉電后保存端電壓－５Ｖ~＋５Ｖ，抽頭數(shù)１００，接口方式：按鍵式第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一按鍵式3線控制：/CS/INCU/D

阻值LPulseH升LPulseL降H不變數(shù)控電位器控制接口和單片機Ｉ／Ｏ口連接，共需９-12根信號線。第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一３、方案二采用ＢＵＣＫ電路

前述方案由一個致命的弱點，就是效率太低，尤其當(dāng)輸出電壓為２Ｖ時，其系統(tǒng)效率最低。為了提高系統(tǒng)效率，可采用開關(guān)電路，如用ＢＵＣＫ電路實現(xiàn)，其電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。3.1單片機選擇考慮到BUCK電路開關(guān)頻率需20Khz以上，選用總線頻率高、并自身帶ＰＷＭ發(fā)生器的單片機較合適。具體選ＦＲＥＥＳＣＡＬＥ公司的ＭＣ９Ｓ０８ＳＨ８。選其內(nèi)置振蕩器工作方式，ＢＵＳ頻率調(diào)至最高２０ＭＨＺ，ＰＷＭ選９位，此時ＰＷＭ頻率可達５０ＫＨＺ第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一單片機Ｉ／Ｏ分配：Ａ／Ｄ通道２路ＰＷＭ輸出１路“＋”、“－”按鍵２路ＬＥＤ或ＬＣＤ顯示１１根共用１６根Ｉ／Ｏ第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.2驅(qū)動電路在本系統(tǒng)中驅(qū)動電路起兩個作用，一是電平轉(zhuǎn)移，二是功率驅(qū)動以降低開關(guān)管功率損耗。常用的驅(qū)動芯片有ＩＲ、ＯＮＳＥＭＩ、ＳＴ、ＮＸＰ等公司生產(chǎn)，在本電路中可選用ＩＲ公司的ＩＲ２１１１。第53頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第54頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.3ＬＥＤ顯示LED動態(tài)掃描電路中三極管Ｑ１處于開關(guān)狀態(tài)，故：第55頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.4主電路電感設(shè)計為使電流連續(xù)，臨界電感量為：３.５輸出濾波電容實取電感ＬＣ為１００uＨ．實取濾波電解電容E2為220UF/35V．第5