大家好：

首先感謝電源網(wǎng)給我們電源工程師的這個(gè)平臺(tái)，可以交流和互相學(xué)習(xí)電源知識(shí)，后羿半導(dǎo)體的DIY有獎(jiǎng)活動(dòng)，在此進(jìn)一步學(xué)習(xí)雙管正激式開關(guān)電源，與大家一起分享。純屬本人原創(chuàng)，有不妥之處請(qǐng)大家多多指點(diǎn)，謝謝！

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)     

 

一．開關(guān)電源的組成

1         輸入回路：輸入電壓，輸入電流保護(hù)，輸入電壓保護(hù)，浪涌雷擊保護(hù)，EMC濾波電路，整流濾波電路等。

2         變換電路：即拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（變壓器的初級(jí)），開關(guān)管（MOS管）等。

3         輸出回路：變壓器的次級(jí)，輸出整流濾波電路等。

4         控制回路：PWM輸出，反饋電路，輸出過壓保護(hù)電路等。

5         其他電路：輔助電源，啟動(dòng)電路，溫控電路等。

二． 開關(guān)電源的框圖

 

   

 

三． 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（雙管正激式）

 

工作原理： 雙管正激式的特點(diǎn)：Q1，Q2兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)截止。

1         當(dāng)Q1，Q2兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電壓VIN+的電流通過Q1，變壓器T1的初級(jí)（上正下負(fù)），Q2，EC1形成回路；此時(shí)變壓器的T1的次級(jí)的同名端（上正下負(fù)）通過D3，L1，EC2形成回路即向L1充電，L1電感（左正右負(fù)）L1存儲(chǔ)能量，并向負(fù)載通過提供輸出電壓Vo+，而二極管D1，D2，D4反偏截止；

2         當(dāng)Q1，Q2兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)截止，由于電感的特性：電感電流不能突變。同時(shí)電感產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)（下正上負(fù)），感生電動(dòng)勢(shì)通過D1，EC1，D2形成回路，并向EC1充電，此時(shí)變壓器的T1的次級(jí)的同名端（下正上負(fù)），二極管D3反偏截止；由于電感L1的電流不能突變的特性，L1產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)（右正左負(fù)），感生電動(dòng)勢(shì)的電流通過L1，EC2，D4形成回路，D4稱為續(xù)流二極管，L1稱為儲(chǔ)能電感，此時(shí)并向負(fù)載通過提供輸出電壓Vo+。

 

 

 

四． 360W雙管正激式開關(guān)電源的原理圖，PCB，BOM清單

 

1  原理圖SCH

 

2  PCB

 

 

 

3  BOM清單

 

 

    下次和大家一起學(xué)習(xí)，360W雙管正激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和計(jì)算。

今天和大家一起學(xué)習(xí)變壓器和電感的計(jì)算，有不妥之處，多多指點(diǎn)，謝謝。

 

五．360W雙管正激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和計(jì)算

 

1         變壓器的計(jì)算

1）  輸入電壓：設(shè)輸入電壓為220VAC±20％，即176~264VAC。

 為了提高輸入電壓范圍， 令ACmin=170VAC，則UBUSmin=170*√2-30=210VDC

      設(shè)電壓紋波為30VDC。

2)  輸出參數(shù)：   輸出電壓Vo=24V，輸出電流Io=15A，輸出功率Po=360W。

                 設(shè)效率η=88％，可計(jì)算輸入功率Pi=Po/η=360/0.88=409W。

3） 工作條件：  設(shè)工作頻率f=80KHz，則周期T=1/f=1/80KHz=12.5us，

                    設(shè)最大占空比Dmax=0.4， 開通時(shí)間Ton=D*T=0.4*12.5=5us，

關(guān)斷時(shí)間Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。

4） 磁芯AP值計(jì)算   （材質(zhì)為PC40）

   

    AP(T℃)=[(Po*10^4)/(η*Ku*Kp* T℃*ΔB*2*f)]^1.143          （cm^4）

   設(shè)Po=360W，η=88％，f=80KHz，ΔB=0.15。

      Kt=0.71，Ku=0.45，Kp=0.6。

T 25℃=395，T 30℃=450，T 40℃=468，T 50℃=569。

AP(T50) =[(360*10^40)/(0.88*0.71*0.45*0.6*569*0.15*2*80000)]^1.143

       =(360/230.37)^1.143=1.56^1.143=1.66       cm^4

查表：Ae=196mm^2 ， Aw=220mm^2，AP=4.3cm^4。    選PQ35/35磁芯

 

    

5) 初級(jí)線圈匝數(shù)：Np=(UBUSmin*Ton)/( ΔB*Ae)

                   =(210*5)/(0.15*196)=1050/29=36.2

             取36匝

6）初級(jí)線圈線徑：IPmax=(Pi+Po)/UBUSmin     

                       =(409+360)/210=769/210=3.66A

電流有效值：Irms=Ip*√Dmax

                 =3.66*√0.4=3.66*0.63=2.3A

由面積公式S=π*r^2，     直徑φ=2*r，  由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2

初級(jí)線徑φ=2*√[Irms/(J*π)]

          =2*√[2.3/(5*3.14)]=2*√2.3/15.7=2*√0.15=2*0.39=0.78mm

       使用直徑0.2mm的線4股并繞

7）次級(jí)線圈匝數(shù)： 設(shè)工作在連續(xù)模式

    設(shè)Us為次級(jí)電壓，Ud為二極管端電壓 等于0.7V

     由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)

     Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V

   次級(jí)線圈匝數(shù)Ns=(Us*Np)/UBUSmin

                  =(60.7*36)/210=2185.2/210=10.4 

                取10匝

 

8）次級(jí)線圈線徑：     

電流有效值：Isrms=Io*√Dmax

                 =15*√0.4 =15*0.63=9.5A

 

由面積公式S=π*r^2，     直徑φ=2*r，  由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2

次級(jí)線徑φ=2*√[Isrms/(J*π)]

          =2*√[9.5/(5*3.14)]=2*√(9.5/15.7)=2*√0.61=2*0.78=1.56mm

       使用直徑0.2mm的線8股并繞

9) 初次級(jí)匝比：n=Np/Ns

                =36/10=3.6   

             取n=4

 

2         輸出電感的計(jì)算

1）  電感量L的計(jì)算

設(shè)最大占空比Dmax=0.4， 開通時(shí)間Ton=D*T=0.4*12.5=5us。

截止時(shí)間Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。

設(shè)Us為次級(jí)電壓，Ud為二極管端電壓 等于0.7V

     由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)

     Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V

ΔI=0.125*Io

   = 0.125*15=1.88

兩種計(jì)算方法：   導(dǎo)通時(shí)L=(Us-Uo)*Ton/ΔI

                 截止時(shí)L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI

導(dǎo)通時(shí)L=(Us-Uo)*Ton/ΔI

  =(60.7-24)*5/1.88=36.7*5/1.88=183.5/1.88=97.6  uH

         截止時(shí)L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI

                =(24+0.7)*7.5/1.88=24.7*7.5/1.88=185.25/1.88=98.5  uH

         兩種計(jì)算的誤差不大。

2）  環(huán)形程序選擇

選擇L=97.6uH，       由Llo=Io=15A

磁芯存儲(chǔ)的直流能量  L*Io^2=97.6*10^(-6)*15^2=97.6*10^(-6)*225=0.021960  mAH^2 

查得 Ue,Al的值

3）  計(jì)算匝數(shù)

由L=Al*N^2   得

  N=√（L/Al）

    =√(97.6*1000)/Al

 

   4)  空載和直流點(diǎn)磁導(dǎo)率的調(diào)整

H=(Ilo*N)/l      l為平均磁路長(zhǎng)度

    l=2*π*[(r外徑-r內(nèi)徑)/2+r內(nèi)徑]

    所以  H=(Ilo*N)/l=

 

5)  電感線徑的計(jì)算

    Ismax=Io+ΔI

         =15+1.88=16.8 A

Isrms= Ismax*√Dmax 

    =16.8*√0.4=16.8*0.63=10.58 A

 

電感線徑φ=2*√[Isrms/(J*π)]

          =2*√[10.58/(5*3.14)]=2*√(10.58/15.7)=2*√0.66=2*0.82=1.64mm

使用直徑0.2mm的線8股并繞

 

6） 輸出電容的計(jì)算

    1電容量

 ΔV=0.03V    （表示電容最小，ESR引起的紋波不小于0.03V）

   T=12.5us    ΔI=1.88A

   由公式  ΔV=(ΔI*T)/(8*Cmin)

   得      Cmin=(ΔI*T)/(8*ΔV)

                =(1.88*12.5)/(8*0.03)=23.5/0.24=97.9  Uf

        2 ESR電阻

        Resr理論=ΔV/ΔI

                =0.03/1.88=0.016 R

        設(shè)  f=120Hz，C=2200uF，D=0.053

           ty^(-1)=2*π*f *C*Resr

       Resr=

 電容并聯(lián)的個(gè)數(shù)n=Resr/Resr理論

 

7） BUS 電容容量的計(jì)算

         Po=360W， η=88℅, Pi=409W

   交流電壓最小時(shí)，BUS電容一次灌能量為：

      Ebus1次=Cbus*Ubusmin^2/2

交流電壓一個(gè)周期，灌2次能量為：

   Ebus1次=2*CBUS*Ubusmin^2/2=Cbus*Ubusmin^2

BUS電容傳輸?shù)墓β蕿椋?span>

   Pbus= Cbus*Ubusmin^2*60=Pin

  得Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)

 

當(dāng) ACmin=170VAC，則UBUSmin type=170*√2-30=210VDC

Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)

     =409/210^2*60=409/44100*60=409/2646000=409/2.646uF=154.6uF

   選取150uF

 最后就是找元件，焊接板子，調(diào)試測(cè)試電路。

這個(gè)計(jì)算怪蠻煩的

樓主辛苦了

樓主 辛苦了

樓主有心了！！

樓主，太給力，無(wú)私奉獻(xiàn)，非常感謝。