基本性能要求如下:
產(chǎn)品為AC轉(zhuǎn)DC電源,30~95Vac交流輸入,雙路直流共地輸出,輸出總功率80W,。
輸入特性:
詳細(xì)設(shè)計(jì):
該電源是一款低電壓交流輸入,輸出為80W POE通信電源,帶有主動(dòng)PFC功能。無風(fēng)扇并安裝在客戶一個(gè)完成密封的系統(tǒng)外殼內(nèi)。
電源單體要求通過CB/CE等認(rèn)證。
列出本產(chǎn)品所涉及的單元電路清單:(如下所示)
1) 主電路采用雙管正激電路
2) PFC電路采用CCM模式
3) 輸出整流電路采用最簡單的二極管整流
4) 管理電路采用運(yùn)放及比較器做一些保護(hù)功能
5) EMI電路采用兩級(jí)EMI電路
輔助VCC采用FAIRCHILD 的FSL306LRN。1. 主電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案:
此POE電源特點(diǎn):30VAC-95VAC輸入,24V與12V是輸出共地。24V保護(hù)時(shí),12V要輸出正常,但12V保護(hù)時(shí),24V也要關(guān)閉。
主電路的電路設(shè)計(jì):器件選用上遵守選用成熟IC方案原則,采用獨(dú)立芯片F(xiàn)AN4800AUM控制,
它是一個(gè)PFC+PWM的聯(lián)合IC,PFC為CCM模式,變壓器直接兩路輸出,但24V加一個(gè)開關(guān)MOS做獨(dú)立保護(hù)控制。
技術(shù)指標(biāo):
1. Normal input(PFC output):105Vdc
2.Vout/Iout: +12V/4.2A
3.Vout_ripple:≤120mV
4. Vout/Iout: +24V/1.25A
5.Vout_ripple:≤240mV
6.η≥0.83
7.Vout Regulation:≤±5%
8.Operating Ambient Temperature :75℃
1. 輸出整流電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案
由于兩組電壓輸出,一組24V輸出功率30W/1.25A,另一組12V輸出功率50W/4.2A,輸出電流都不大,采用同步整流對(duì)效率改善不大。所以都采用肖特基二極管的普通整流,這種二極管整流具有高可靠性,成本低,沒有技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)。效率要求不高的電源即可符合。
2.管理電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案
規(guī)格要求:OCP/short circuit 自恢復(fù)
OVP 打嗝
AC BROWOUT
OTP自恢復(fù)
24V OCP/ short circuit, 需在二次側(cè)加電流sense 電阻來采樣輸出電流, 經(jīng)運(yùn)算放大器放大此電流信號(hào)后,再經(jīng)比較器,去關(guān)掉MOS,從而關(guān)閉輸出. OVP 是用電阻分壓器檢測輸出電壓,經(jīng)比較器并通過光耦隔離再經(jīng)比較器,去關(guān)掉MOS,從而關(guān)閉輸出.
OTP和BROWOUT功能在一次側(cè)加比較器即可實(shí)現(xiàn).
3. EMI電路詳細(xì)設(shè)計(jì)方案
EMI規(guī)格要求:CLASS B 傳導(dǎo)6DB余量,輻射帶系統(tǒng)測試6DB余量的要求
采用兩級(jí)EMI電路設(shè)計(jì),傳導(dǎo)即可符合要求.
輻射配套的測試系統(tǒng), 由于是完全密封的外殼, 預(yù)計(jì)輻射容易達(dá)標(biāo).
12V/24V電源部分設(shè)計(jì):
一. 設(shè)計(jì)規(guī)格
1. 輸入電壓:105VDC
2.輸出電壓:Vout1=12V Vout2=24V
3.輸出電流:Iout1=4.2A Iout2=1.25A
4.最在輸出功率:Pout=80W
5.設(shè)滿載效率約: 83% 則滿載輸入約為:Pin=96W
另SPEC要求:PCB板面元器件最大高度為:30mm。
線路的確定
因輸出功率只有80W,采用雙管正激結(jié)構(gòu),芯片選用FAN4800,工作頻率設(shè)65KHZ,完全滿足設(shè)計(jì)要求。
(因FAN4800在其它機(jī)種上大量使用,方便采購,所以選取此芯片)
變壓器的計(jì)算
確定變壓器的尺寸和材質(zhì):
Km為窗口利用率取0.45, (變壓器內(nèi)部取消一個(gè)屏蔽銅泊,所以Km可以取大一點(diǎn))
J為電流密度,取6A/mm^2 設(shè)頻率65K
要符合最大高度30mm的要求:選ER28磁芯完符合要求,,其Ae=82mm2 Aw=71mm2
AeAw=5822mm4>3901mm4
匝數(shù)的確定
因輸出功率不大,只有80W,有PFC輸出105VDC,沒有保持時(shí)間要求,
所以選臨界點(diǎn)占空比D=0.35 滿足不飽和條件設(shè)deta B=0.30
計(jì)算變壓器二次側(cè)匝數(shù)Ns:
Np=Ns*n=24 考慮變壓器繞法,選Np=26 匝比為:3.25
24V繞組取16T
3.先估計(jì)算MOSFET的Vds電壓是否符合要求。
因?yàn)槭请p管正激,有二極管鉗位,所以MOS的VDS電壓約為輸入電壓1.2倍,再考慮雷擊要求,選取300V的MOS管完全能符合derating要求.
4.估算輸出二極管的耐壓
設(shè)Vinmax=150V
Vout二極管耐壓=Vinmax/n*=46.1V (Vl反向尖峰電壓5V)
同樣要求要求90% derating,所以輸出二極管選取用耐壓大于51.1/0.9=57.78V即可。
在此可選60V肖特基。
5.計(jì)算線徑:工作在105VDC臨界點(diǎn)時(shí)初級(jí)電流有效值
6.實(shí)際繞制變壓器
ER28骨架為減小漏感,選用三明治繞法.一次側(cè)采用三層絕緣導(dǎo)線繞制.