【入門必讀】詳解一步一步設(shè)計開關(guān)電源 |
開關(guān)電源設(shè)計的步就是看規(guī)格,具體的很多人都有接觸過;也可以提出來供大家參考,我?guī)兔Ψ治觥?br />
我只帶大家設(shè)計一款寬范圍輸入的, 12V2A 的常規(guī)隔離開關(guān)電源 1. 首先確定功率,根據(jù)具體要求來選擇相應(yīng)的拓撲結(jié)構(gòu);這樣的一個開關(guān)電源多選擇反激式(flyback) 基本上可以滿足要求 備注一個,在這里我會更多的選擇是經(jīng)驗公式來計算,有需要分析的,可以拿出來再討論 2.當(dāng)我們確定用 flyback 拓撲進行設(shè)計以后,我們需要選擇相應(yīng)的PWM IC 和 MOS 來進行初步的電路原理圖設(shè)計(sch) 無論是選擇采用分立式的還是集成的都可以自己考慮。對里面的計算我還會進行分解 分立式:PWM IC 與 MOS 是分開的,這種優(yōu)點是功率可以自由搭配,缺點是設(shè)計和調(diào)試的周期會變長(僅從設(shè)計角度來說) 集成式:就是將 PWM IC 與 MOS 集成在一個封裝里,省去設(shè)計者很多的計算和調(diào)試分步,適合于剛?cè)腴T或快速開發(fā)的環(huán)境 3. 確定所選擇的芯片以后,開始做原理圖(sch),在這里我選用 ST VIPer53DIP(集成了MOS) 進行設(shè)計,原因為何(因為我們是銷售這一顆芯片的)? 設(shè)計之前都先看一下相應(yīng)的 datasheet,自己確認一下簡單的參數(shù) 無論是選用 PI 的集成,或384x 或 OB LD 等分立的都需要參考一下 datasheet 一般 datasheet 里都會附有簡單的電路原理圖,這些原理圖是我們的設(shè)計依據(jù) 4. 當(dāng)我們將原理圖完成以后,需要確定相應(yīng)的參數(shù)才能進入下一步 PCB Layout 當(dāng)然不同的公司不同的流程,我們需要遵守相應(yīng)的流程,養(yǎng)成一個良好的設(shè)計習(xí)慣,這一步可能會有初步評估,原理圖確認,等等,簽核完畢后就可以進行計算了 不需要啟動電阻的,因為這顆片子里已經(jīng)集成了一個 高壓啟動電流源 如下圖: 當(dāng)然針對 UC384X 等需要啟動電阻的芯片來說,計算啟動電阻阻值的話,可以這樣 Rstart = (Vin(min) - Vdd ) / Istart Rstart: 啟動電阻 Vin(min): 輸入低直流電壓 Vdd: 芯片的供電電壓 Istart: 芯片的啟動電流 一個很有深度的問題,同時也是 VIPer53 異于其它 single chip power 的優(yōu)點 R205 斷開或相當(dāng)于光耦拆掉(相當(dāng)于副邊失反饋),電源依然會正常工作,此時進入原邊反饋模式 PSR,參考框圖部分 Vdd 引腳的中間那個運放,此時會與 COMP 腳上的 一階慣性環(huán)節(jié)形成穩(wěn)定的 PWM 控制系統(tǒng) 參考電路圖如下: 5. 確定開關(guān)頻率,選擇磁芯確定變壓器 這里確定芯片工作頻率為 70KHz, 芯片的頻率可以通過外部的 RC 來設(shè)定,工作頻率就等于開關(guān)頻率,這個外設(shè)的功能有利于我們更好的設(shè)計開關(guān)電源,也可以采取外同步功能。與 UC384X 功能相近 變壓器磁芯為 EER28/28L 一般 AC2DC 的變換器,工作頻率不宜設(shè)超過 100kHz,主要是開關(guān)電源的頻率過高以后,不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性,更不利于 EMC 的通過性 頻率太高,相應(yīng)的 di/dt dv/dt 都會增加,除 PI 132kHz 的工作頻率之外,大家可以多參考其它家的芯片,就會總結(jié)自己的經(jīng)驗出來 對于磁芯的選擇,是在開關(guān)頻率和功率的基礎(chǔ),更多的是經(jīng)驗選取。當(dāng)然計算的話,你需要得到更多的磁芯參數(shù),包括磁材,居里溫度,頻率特性等等,這個是需要慢慢建立的 20W ~ 40W 范圍內(nèi) EE25 EER25 EER28 EFD25 EFD30 等均都可以 6. 設(shè)計變壓器進行計算(續(xù)) 計算開始 輸出功率 Po = 12V * 2A = 24W 輸入功率 Pin = Po/η = 24W/0.8 = 30W 輸入低電壓 Vin(min) = Vac(min)*sqr(2) = 85Vac * 1.414 = 120Vdc 輸入高電壓 Vin(max) = Vac(max)*sqr(2) = 265Vac * 1.414 = 375Vdc 輸入平均電流 Iav = Pin/Vin(min) = 30W/120Vdc = 0.25A 輸入峰值電流 Ipeak = 4 * Iav = 1A 原邊電感量 Lp = Vin(min) * Dmax/(Ipeak * Fsw) = 120Vdc * 0.45/(1A * 70K ) = 770 uH 到此重要的一步原邊電感量已經(jīng)求出,對于漏感及氣隙,我不建議各位再去計算和驗證 漏感 Lleakage < 5% * Lp 7. 設(shè)計變壓器進行計算(續(xù)2)上面計算了變壓器的電感量,現(xiàn)在我們還需要得到相應(yīng)的匝數(shù)才可以完成整個變壓器的工作 1)計算導(dǎo)通時間 Ton周期時間 T = Ton + Toff = 1/FswTon = T * DmaxFsw , Dmax 都是已知量 70kHz , 0.45 代入上式可得Ton = 6.43us 2)計算變壓器初級匝數(shù)Np = Vin(min)*Ton/(ΔB × Ae) = 120Vdc * 6.43us/(0.2 * 82mm2) = 47 T(這里的數(shù)是一定要取整的,而且是進位取整,我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數(shù)圈) 3)計算變壓器 12V 主輸出的匝數(shù)輸出電壓(Vo): 12 Vdc整流管壓降(Vd): 0.7 Vdc繞組壓降(Vs): 0.5 Vdc原邊匝伏比(K) = Vi_min / Np= 120 Vdc / 47 T = 2.55輸出匝數(shù)(Ns) = (輸出電壓(Vo) + 整流管壓降(Vd) + 繞組壓降(Vs)) / 原邊匝伏比(K)= (12 Vdc + 0.7Vdc + 0.5Vdc) / 2.55 = 6 T (已取整) 4)計算變壓器輔助繞組(aux turning)輸出的匝數(shù)計算方法與12V主繞組輸出一樣因為 ST VIPer53DIP 副邊反饋需低于 14.5 Vdc,故選取 12 Vdc 作為輔助電壓;Na = 6 T到這一步,我們基本上就得出了變壓器的主要參數(shù)原邊繞組:47T 原邊電感量:0.77mH 漏感< 5%* 0.77mH = 39uH12V輸出: 6T輔助繞組:6T下一步我們只要將繞組的線徑 股數(shù) 腳位 耐壓 等安規(guī)方面的要求提出,就可以發(fā)給變壓器廠去打樣了至于氣隙的計算,以及返回驗證 Dmax 這些都是一些教科書上的,不建議大家死搬硬套,自己靈活一些
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| 發(fā)布時間:2017.05.05 來源:東莞市玖琪實業(yè)有限公司 |
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