摘要:该文章内容以大量实践为基础,理论推导为依据,所提供的设计方案和计算公式实用性、科学性都很强,是广大电子工程计术人员、电子科学爱好者、电子维修人员进入开关电源技术领域的金钥匙。 |
V2为副边正激电压;
Vo为输出稳定电压;
N1为原边线圈匝数;
N2为副边线圈匝数;
N3为复位或嵌位线圈匝数;
Q为开关三极管;
D1为输出整流二极管;
D2为续流二极管;
D3为箝位二极管;
C为滤波电容器;
L为储能滤波电感。
电路的计算原则:V1→V2正向变换,V2→Vo按串联降压式开关电源式的计算方式。
(1)开关管工作频率一般选择在100~200kHz;
(2)开关脉冲的占空比D必须小于0.5,一般选择在0.4~0.45;
(3)输入电压与输出电压的关系为
Vo+△Vo=V2D,V2=V1(N2/N1)(6)
式中:△Vo包括D1压降(约0.5V)及L直流电阻压降(约0.2V),当Vo较大时,可忽略不计。
当N2/N1确定时,V1变化,可以通过改变D,保持Vo不变。
(4)原边与副边线圈匝比的计算步骤,因为N2/N1=Vo+△Vo/V1D,而且V1D为常数,所以取V1最小,、Dmax或V1最大、Dmin均可。
(5)初级线圈匝数N1,初级峰值电流I1p,初级电感L1的计算,可按下列步骤进行。首先I1p与L1的关系有
I1p=P2/V1Dη+V1Ton/L1
(7)式中:P2/V1Dη为传输给副边的功率P2所需,P2、V1、D、η均为确定值,η为变压器效率。
V1Ton/L1为激励L储能所需,V1Ton为确定值。为了尽量减少这种不必要的储能,L1应尽量设计得大些。再由于N1与I1p、L1的关系有
N1≥I1PL1/SBm
(8)这是为了保证磁芯工作不饱和所需,其中S为磁芯截面积(m2),Bm为磁芯的饱和磁通密度(T),1T=104GS,该参数由手册可查得,由式(8)可知,当I1pL1增大,相应N1亦增大,而N1的增大受到磁芯骨架线包空间的限制。
采用假设、试算的方法求取N1,L1,I1p,即设V1Ton/L1=30%I1p,求得I1p和L1再求N1。
计算出N2、N3、I1r、I2r、I3r,核算磁芯骨架空间能否容纳。
如果磁芯骨架仍然相当空,则再设V1Ton/L1=10%I1p,直到试算合适为止。
如果已经容纳不下,则增加V1Ton/L1对I1p的百分比,直到合适为止。最后求出L1和N1,计算AL=L1/N12值。
如果AL大于磁芯无间隙时的AL值,则必须减小L1,保持N1不变,使L1=ALN12(式中AL为磁芯无间隙时的值)。
如果AL小于磁芯无间隙时AL值,则必须磨气隙来保证L1值,亦可通过磁芯的“气隙与AL曲线”求得气隙的理论值。计算完成后进行实际绕制,验证设计的N1、L1值,以及N1、N2、N3的可容性。计算原边有效值电流I1r,即
V1及Ton取V1最小时的值。再确定开关三极管Q的参数,即ICEM>1.5I1p;VCEM>2V1max。
确定箝位二极管D3的参数,即IM>I3p(即V1TonL1);
V反>2V1max确定整流二极管D1的参数,即IM>I2p(即1.1Io);V反>1.5V1maxN2N1L、C、△Vo的计算方法与串联降压式开关电源相同。
2.3自激单端反激式开关电源
由于自激单端反激式开关电源的开关管兼作自激振荡管用,所以电路简单,在50W以下的交流输入隔离式开关电源中得到广泛应用。该形式开关电源亦称为振铃扼流变换器,简称RCC电路、调频调宽混合电路。开关频率随输入电压的增高而变高,开关频率与负载大小成反比。脉冲占空比随输入电压的增高变小,但不受负载变化的影响。
RCC的主电路如图3所示。
图中:V1为直流输入电压;
V2为原边反激电压;
V3为直流正反馈电压;
T为开关变压器;
N1为原边线圈匝数;
N2为副边线圈匝数;
N3为正反馈线圈匝数;
R1为起动电阻;
R2为限流电阻;
D为整流二极管;
C为滤波电容器;
Q为开关三极管。
RCC电路在实际应用中要复杂得多,需要增加整流滤波电路、消噪电路、反馈调控电路、保护电路、抗干扰电路等。开关电源的设计,主要是确定电路程式,选择电路中各元器件的规格型号,设计开关变压器,编排印刷电路板等。