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公司新闻
设计开关电源很难吗?一步步教你如何设计调试开关电源
发布时间: 2023-11-10 23:10 更新时间: 2024-05-21 09:10
针对开关电源很多人觉得很难,其实不然。设计一款开关电源并不难,难就难在做精,等你真正入门了,积累一定的经验,再采用分立的结构进行设计就简单多了。万事开头难,在这就抛砖引玉,慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。开关电源设计的第一步就是看规格,具体的很多人都有接触过。在这里只带大家设计一款宽范围输入的,12V2A的常规隔离开关电源。


1.首先确定功率根据具体要求来选择相应的拓扑结构;这样的一个开关电源多选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。在这里我会更多的选择是经验公式来计算,有需要分析的,可以拿出来再讨论。2.初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后,我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。对里面的计算我还会进行分解。分立式:PWMIC与MOS是分开的,这种优点是功率可以自由搭配,缺点是设计和调试的周期会变长(仅从设计角度来说);集成式:就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里,省去设计者很多的计算和调试分步,适合于刚入门或快速开发的环境。3.做原理图确定所选择的芯片以后,开始做原理图(sch),在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。设计前zuihao都先看一下相应的datasheet,确认一下简单的参数。无论是选用PI的集成,或384x或OBLD等分立的都需要参考一下datasheet。一般datasheet里都会附有简单的电路原理图,这些原理图是我们的设计依据。4.确定相应的参数


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5.确定开关频率,选择磁芯确定变压器这里确定芯片工作频率为70KHz,芯片的频率可以通过外部的RC来设定,工作频率就等于开关频率,这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源,也可以采取外同步功能。与UC384X功能相近。变压器磁芯为EER28/28L。


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6.关于变压器磁芯的选择功率大小:小于5w可使用的磁芯:ER9.5,ER11.5,EE8.3,EE10,EE13,RM4,GU11,EP7,EP10,UI9.8,URS75-10W可使用的磁芯:ER20,EE19,RM5,GU14,EFD15,EI22,EPC13,EF16,EP13,UI11.510-20W可使用的磁芯:ER25,EE20,EE25,RM6,GU18,EPC17,EF2020-50W可使用的磁芯:ER28,ETD28,EI28,EE28,EE30,EF25,RM8,GU22,PQ20,EPC19,EFD2050-100W可使用的磁芯:ER35,ETD34,EE35,EI35,EF30,RM10,GU30,PQ26,EPC25,EFD25100-200W可使用的磁芯:ER40,ER42,ETD39,EI40,RM12,GU36,PQ32,EFD30200-500W可使用的磁芯:ER49,ETD49,EC53,EE42,EE55,EI50,RM14,GU42,PQ35,PQ40,UU66大于500W可使用的磁芯:ER70,ETD59,EE65,EE85,GU59,PQ50,UU80,UU93磁芯与传输功率对照表


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7.设计变压器进行计算输入input:85~265Vac输出output:12V2A开关频率Fsw:70kHz磁芯core:EER28/28L磁芯参数:Ae82mm2以上均是已知参数,我们还需要设定一些参数,就可以进入下一步计算。设定参数:效率η=80%Zui大占空比:Dmax=0.45磁感应强度变化:ΔB=0.2有了这些参数以后,我们就可以计算得到匝数和电感量。输出功率Po=12V*2A=24W输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W输入Zui低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc输入Zui高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw)=120Vdc*0.45/(1A*70K)=770uH这里的4是一个经验值,当然也是我自己dujia的经验。至于推导,不用那么麻烦,看下面的图,你就明白了,下面是DCM时的电流波形;至于CCM加一个平台,自己可以推导,很简单。


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到此Zui重要的一步原边电感量已经求出,对于漏感及气隙,我不建议各位再去计算和验证。漏感Lleakage<>上面计算了变压器的电感量,现在我们还需要得到相应的匝数才可以完成整个变压器的工作。1)计算导通时间Ton周期时间T=Ton+Toff=1/FswTon=T*DmaxFsw,Dmax都是已知量70kHz,0.45代入上式可得Ton=6.43us2)计算变压器初级匝数Np=Vin(min)*Ton/(ΔB×Ae)=120Vdc*6.43us/(0.2*82mm2)=47T(这里的数是一定要取整的,而且是进位取整,我们变压器不可能只绕半圈或其它非整数圈)3)计算变压器12V主输出的匝数输出电压(Vo):12Vdc整流管压降(Vd):0.7Vdc绕组压降(Vs):0.5Vdc原边匝伏比(K)=Vi_min/Np=120Vdc/47T=2.55输出匝数(Ns)=(输出电压(Vo)+整流管压降(Vd)+绕组压降(Vs))/原边匝伏比(K)=(12Vdc+0.7Vdc+0.5Vdc)/2.55=6T(已取整)4)计算变压器辅助绕组(auxturning)输出的匝数计算方法与12V主绕组输出一样因为STVIPer53DIP副边反馈需低于14.5Vdc,故选取12Vdc作为辅助电压;Na=6T到这一步,我们基本上就得出了变压器的主要参数原边绕组:47T原边电感量:0.77mH漏感<>上面计算出匝数以后,可以直接确定漆包线的粗细,不需要去进行复杂的计算。线径与常规电阻一样,都是有定值的,记住几种常用的定值线径。这里,原边电流比较小,可以直接选用φ0.25一股。辅助绕组φ0.25一股。主输出绕组φ0.4或0.5三股,不用选择更粗的,否则绕制起来,漆包线的硬度会使操作工人很难绕。很多这一步'计算'过了以后,还会返回计算以验证变压器的窗口面积。个人认为返回验证是多余的,因为绕制不下的话,打样的变压器厂也会反馈给你,而你验证通过的,在实际中也不一定会通过;毕竟与实际绕制过程中的熟练度,及稀疏还是有很大关系的。再下一步,需要确定输入输出的电容的大小,就可以进行布局和布板了。8.输入输出电解电容计算输入滤波电解电容Cin=(1.5~3)*Pin输出滤波电解电容Cout=(200~300)*Io上面我们计算出输入功率30W所以Cin=45~90uF从理论上来说,这个值选的越大,对后级就越好;从成本上考虑,我们不会无限制的去选取大容量。此处选值47uF/400Vdc85℃或105℃根据相应的应用环境来决定;电容不需要高频,普通低阻抗的就可以了。



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