1、 (上彭磊10W以內(nèi)常用RCC(自激振蕩拓?fù)浞绞?0W-100W以內(nèi)常用反激式拓?fù)?75W以上電源有PF值要求100W-300W 正激、雙管反激、準(zhǔn)諧振300W-500W 準(zhǔn)諧振、雙管正激、半橋等500W-2000W 雙管正激、半橋、全橋2000W以上全橋在開關(guān)電源市場(chǎng)中,400W以下的電源大約占了市場(chǎng)的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見的消費(fèi)類產(chǎn)品全是反激式電源。優(yōu)點(diǎn):成本低,外圍元件少,低耗能,適用于寬電壓范圍輸入,可多組輸出.缺點(diǎn):輸出紋波比較大。(輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善今天以自行車充電器為例,詳細(xì)講解反激開關(guān)電源的設(shè)計(jì)流程及元器件的選擇方法。EM

2、I整流濾波變壓器次級(jí)整流濾波開關(guān)器件PWM 控制IC隔離器件采樣反饋輸出高壓區(qū)域低壓區(qū)域 保險(xiǎn)管作用:安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時(shí),為了保護(hù)核心器件不受到損壞。技術(shù)參數(shù):額定電壓V、額定電流I、熔斷時(shí)間I2RT。分類:快斷、慢斷、常規(guī) 0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值Po輸出功率 效率(設(shè)計(jì)的評(píng)估值Vinmin 最小的輸入電壓2為經(jīng)驗(yàn)值,在實(shí)際應(yīng)用中,保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.53倍。0.98 PF值相關(guān)知識(shí)大部分用電設(shè)備中,其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所以電網(wǎng)中會(huì)有許多家用電器、工業(yè)電子設(shè)備等等非線性負(fù)載,這些用電器在使用過程中會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生諧波電壓和電流。沒有采取功率因數(shù)校正技術(shù)的A

3、C-DC整流電路,輸入電流波形呈尖脈沖狀。交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)只有0.50.7,電流的總諧波畸變(THD很大,可超過100%。采用功率因數(shù)校正技術(shù),功率因數(shù)值為0.999時(shí),THD約為3%。為了防止電網(wǎng)的諧波污染,或限制電子設(shè)備向電網(wǎng)發(fā)射諧波電流,國(guó)際上已經(jīng)制定了許多電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),有IEEE519、IEC1000-3-2等。功率因數(shù)的校正(PFC主要有兩種方法:無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。無源功率因數(shù)校正利用線性電感器和電容器組成濾波器來提高功率因數(shù)、降低諧波分量。這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),在小功率中可以取得好的效果。但是,在較大功率的供電電源中,大量的能量必須被這種濾波器儲(chǔ)存和管理,因此需要大

4、電感器和電容器,這樣體積和重量就比較大也不太經(jīng)濟(jì),而且功率因數(shù)的提高和諧波的抑制也不能達(dá)到理想的效果。有源功率因數(shù)校正是使用所謂的有源電流控制功率因數(shù)的校正方法,可以迫使輸入電流跟隨供電的正弦電壓變化。這種功率因數(shù)校正有體積小、重量輕、功率因數(shù)可接近1等優(yōu)點(diǎn)。的作用 NTC是以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。電阻值隨溫度的變化呈現(xiàn)非線性變化,電阻值隨溫度升高而降低。利用這一特性,在電路的輸入端串聯(lián)一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻增加線路的阻抗,這樣就可以有效的抑制開機(jī)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時(shí),由于線路中持續(xù)工作電流引起的NTC發(fā)熱,使得電阻器的電阻值變得很小,

5、對(duì)線路造成的影響可以完全忽略。的選擇公式 對(duì)上面的公式解釋如下:1. Rt 是熱敏電阻在T1溫度下的阻值;2. Rn是熱敏電阻在Tn常溫下的標(biāo)稱阻值;3. B是材質(zhì)參數(shù);(常用范圍2000K6000K4. exp是以自然數(shù)e 為底的指數(shù)(e =2.71828 ;5. 這里T1和Tn指的是K度即開爾文溫度,K度=273.15(絕對(duì)溫度+攝氏度;壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性,當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間,壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。主要作用:過電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等

6、。主要參數(shù)有:壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時(shí)間等。壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí),比空氣放電管快,比TVS管(瞬間抑制二極管稍慢一些,一般情況下用于電子電路的過電壓保護(hù)其響應(yīng)速度可以滿足要求。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級(jí)以上的持續(xù)電流,在用作過壓保護(hù)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。壓敏電阻的選用,一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。 a 為電路電壓波動(dòng)系數(shù),一般取值1.2.Vrms 為交流輸入電壓有效值。 b 為壓敏電阻誤差,一般取值0.85. C 為元件的老化系數(shù),一般取值0.9.2 為交流狀態(tài)下要考慮峰峰值。V1mA 為壓敏電阻電壓實(shí)際取值近似值通流容量,即最大脈沖

7、電流的峰值是環(huán)境溫度為25情況下,對(duì)于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言,壓敏電壓的變化不超過±10%時(shí)的最大脈沖電流值。結(jié)合前面所述,來看一下本電路中壓敏電阻的型號(hào)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。 電路X電容,共模電感(也叫共模扼流圈,Y電容 根據(jù)IEC 60384-14,安規(guī)電容器分為X電容及Y電容: 1. X電容是指跨與L-N之間的電容器, 2. Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器.X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容。這種類型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。X電容容值選取是uF級(jí),此時(shí)必須在X電容的兩端并聯(lián)一個(gè)安全電阻,用于防止電源

8、線拔插時(shí),由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長(zhǎng)時(shí)間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)正在工作之中的機(jī)器電源線被拔掉時(shí),在兩秒鐘內(nèi),電源線插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢槐仨毿∮谠瓉眍~定工作電壓的30%。作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測(cè)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。X電容一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和耐壓AC250V 或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V以上,使用的時(shí)候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V或者DC400V之類的的普通電容來代用。X電容主要用來抑制差模干擾安全等級(jí)峰值脈沖電壓等級(jí)(IEC664X1 >2.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV X電容沒有具體的計(jì)算公式

9、,前期選擇都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,后期在實(shí)際測(cè)試中,根據(jù)測(cè)試結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。經(jīng)驗(yàn):若電路采用兩級(jí)EMI,則前級(jí)選擇0.47uF,后級(jí)采用0.1uF電容。若為單級(jí)EMI,則選擇0.47uF電容。(電容的容量大小跟電源功率沒有直接關(guān)系 交流電源輸入分為3個(gè)端子:火線(L/零線(N/地線(G。在火線和地線之間以及在零線和地線之間并接的電容, 這兩個(gè)Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn), 以防引起電子設(shè)備漏電或機(jī)殼帶電,容易危及人身安全及生命。它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。Y電容主要用于抑制共模干擾Y電容的存在使得開關(guān)電源有一項(xiàng)漏電流的電性指標(biāo)。工作在亞熱帶的機(jī)器

10、,要求對(duì)地漏電電流不能超過0.7mA;工作在溫帶機(jī)器,要求對(duì)地漏電電流不能超過0.35mA。因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700PF(472。電容的作用及取值經(jīng)驗(yàn)Y電容底下又分為Y1, Y2, Y3,Y4, 主要差別在于: 1. Y1耐高壓大于8 kV,屬于雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣|額定電壓范圍 250V 2. Y2耐高壓大于5 kV,屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍150V 250V 3. Y3耐高壓2.5K V 5KV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍150V 250V 4. Y4耐高壓大于2.5 kV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍<150VGJB151中規(guī)定Y電容的容量

11、應(yīng)不大于0.1uF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外,還要求這種電容器在電氣和機(jī)械性能方面有足夠的安全余量,避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象,Y電容的耐壓性能對(duì)保護(hù)人身安全具有重要意義。共模電感上,A和B就是共模電感線圈。這兩個(gè)線圈繞在同一鐵芯上,匝數(shù)和相位都相同(繞制方向向反。這樣,當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時(shí),電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場(chǎng)而相互抵消,此時(shí)正常信號(hào)電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼;當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時(shí),由于共模電流的同向性,會(huì)在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場(chǎng)而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強(qiáng)的阻尼效果,以此衰減共模電流,抑制高速信

12、號(hào)線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射,達(dá)到濾波的目的。 第一步:確定客戶的規(guī)格要求,EMI允許級(jí)別第二步:電感值的確定第三步:core(磁芯材質(zhì)及規(guī)格確定第四步:繞組匝數(shù)及線徑的確定第五步:打樣第六步:測(cè)試EMI等級(jí): Fcc Class B已知條件:C2=C7=3300pF EMI測(cè)試頻率:傳導(dǎo)150KHz30MHz。EMC測(cè)試頻率: 30MHz3GHz。實(shí)際的濾波器無法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線,通常可將截止頻率設(shè)定在50KHz左右。在此,假設(shè)Fo=50KHz。則以上,得出的是理論要求的電感值,若想獲得更低的截止頻率,則可進(jìn)一步加大電感量,截止頻率一般不低于10KHz。理論上電感量越高對(duì)EM

13、I抑制效果越好,但過高的電感將使截止頻率將的更低,而實(shí)際的濾波器只能做到一定的帶寬,也就使高頻雜訊的抑制效果變差(一般開關(guān)電源的雜訊成分約為510MHz之間。另外,感量越高,則繞線匝數(shù)越多,就要求磁芯的ui值越高,如此將造成低頻阻抗增加。此外,匝數(shù)的增加使分布電容也隨之增大,使高頻電流全部經(jīng)過匝間電容流通,造成電感發(fā)熱。過高的ui值使磁芯極易飽和,同時(shí)在生產(chǎn)上,制作比較困難,成本較高。從前述設(shè)計(jì)要求中可知,共模電感器要不易飽和,如此就需要選擇低B-H(磁芯損耗與飽和磁通密度溫度特性的材料,因需要較高的電感量,磁芯的i值也就要高,同時(shí)還必須有較低的磁芯損耗和較高的BS(飽和磁通密度值,符合上述要

14、求之磁芯材質(zhì),目前以鐵氧體材質(zhì)最為合適,磁芯大小在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有一定的規(guī)定,原則上只要符合所需要的電感量,且在允許的低頻損耗范圍內(nèi),所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積最小化。因此,磁芯材質(zhì)及大小選取應(yīng)以成本、允許損耗、安裝空間等做參考。共模電感常用磁芯的i約在200010000之間。在本電路中,我們選用的磁芯型號(hào)為TDK UU9.8磁芯材質(zhì)PC40i值2300AL值500nH/N2 J為無強(qiáng)制散熱情況下每平方毫米所通過的電流值,若有強(qiáng)制散熱可選擇6A。Iin_avg輸入電流平均值2為常數(shù) 整流橋的耐壓選擇整流橋的耐電流選擇5為輸入電流有效值的倍數(shù),經(jīng)驗(yàn)值。所選整流橋的正向管壓降所選整流橋的功率損耗計(jì)算電容容值的計(jì)

15、算 RCD箝位電路紅線圈起的電阻為I C的高壓?jiǎn)?dòng)電阻,電阻阻值的選擇由IC特性決定。藍(lán)線圈起的部分為RCD箝位電路(也稱為關(guān)斷緩沖電路。此部分電路主要用于限制MOS關(guān)斷時(shí)高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓和次級(jí)線圈反射電壓的疊加,疊加的電壓產(chǎn)生在MOS管由飽和轉(zhuǎn)向關(guān)斷的過程中,漏感中的能量通過D向C充電,C上的電壓可能沖到反電動(dòng)勢(shì)與漏感電壓的疊加值,即:Vrest+ Vpp。 C的作用則是將該部分的能量吸收掉,其容量由下式?jīng)Q定:C=(Le×Isc2/(Vrest+ Vpp 2-Vrest2這里的,Le:漏感,單端反激一般為40100uH,低于40uH可不考慮,一般取50uH計(jì)算;V

16、rest:反電動(dòng)勢(shì);2*n*VoutVpp:漏感電動(dòng)勢(shì)的峰值;8%*VrestIsc:短路保護(hù)時(shí)變壓器初級(jí)線圈流過的最大電流。Ipk2電路電阻、二極管的計(jì)算電阻R:在變壓器下半周期由截至變?yōu)閷?dǎo)通時(shí),C上的能量經(jīng)R來釋放,直到C上的電壓將到下次MOS管關(guān)斷之前的反電動(dòng)勢(shì)Vrest,在放電的過程中,漏感電動(dòng)勢(shì)Vpp是不變的,通過放電常數(shù)R、C和變壓器關(guān)斷時(shí)間的關(guān)系,可以求得R的值,可以按周期T的63%計(jì)算:R×C=0.63T×(Vrest+ Vpp / Vpp注釋:T=1/f f:為變壓器的工作頻率。R=0.63 (Vrest+ Vpp / (Vpp ×f ×

17、;C其功耗為:P= Le×Isc2×f/2由于D和C上都有能量消耗,而且放電時(shí)間可能要短,所以該電阻的實(shí)際功耗可按計(jì)算值的一半考慮。P(實(shí)際=P(計(jì)算值/2關(guān)于D的取值耐壓值要超過疊加值的10%。電流要大于輸入電流平均值的10%同行工程師經(jīng)驗(yàn)總結(jié):1.D要選慢速的,對(duì)EMI好;2.電容選的越大,電壓尖峰越小,也就是RCD吸收的漏感能量越大;3.R應(yīng)該取值較小才好,R越小,電容放電越快,下個(gè)周期時(shí)就能吸收更多的能量。4.C選大,R選小,吸收能力較強(qiáng),且震蕩的周期變長(zhǎng),也就是頻率降低,EMI較好,但損耗也會(huì)較大,故要折中選取。相什么是漏感?同一個(gè)磁體上兩個(gè)有互感的線圈N1、N2

18、,N1線圈上流過的電流I1產(chǎn)生的磁通11分為兩部分,一部分是匝鏈N1、N2兩個(gè)線圈的互感磁通,另一部分只與N1(激勵(lì)線圈線圈匝鏈,不與N2線圈匝鏈的漏磁通1S。對(duì)應(yīng)漏磁通產(chǎn)生的感量,稱之為漏感。漏感,是一種實(shí)際存在的物理參數(shù),而不是一種叫做電感的物體。影響漏感大小的因素:漏感的產(chǎn)生跟線圈間耦合的緊密程度、線圈的繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)的性能等有關(guān)。漏感的作用:漏感會(huì)限制開關(guān)管開通時(shí)的電流上升速度,有降低開通損耗的效果。但沒有降低導(dǎo)通損耗的效果。關(guān)斷的時(shí)候,漏感反而是不利影響。電流由于漏感的存在,下降會(huì)變慢,關(guān)斷損耗會(huì)變大。開通瞬間,由于漏感存在,電流的上升速度降低,漏感呈現(xiàn)的是阻抗形式

19、。電流是從零開始上升的,瞬間電流為零,就形成很大阻抗。注:漏感不參與能量的傳遞,是變壓器的寄生參數(shù),應(yīng)當(dāng)越小越好。功能介紹R11為IC工作頻率調(diào)整電阻。D2為輔助繞組供電整流二極管, R14為限流電阻,C5為低頻濾波電容,C11為高頻濾波電容,R3為過功電阻,R8為驅(qū)動(dòng)電阻,R12 MOS開機(jī)保護(hù)電阻,C12為旁路電容,U3-B 為光耦反饋端。500V高壓?jiǎn)?dòng)電路電流控制模式VCC具有過壓保護(hù)功能具備過載保護(hù)功能500mA驅(qū)動(dòng)能力可調(diào)開關(guān)頻率內(nèi)置諧波補(bǔ)償電路管(開關(guān)管的選擇MOS管的耐壓選擇:Vdss=2*Vdcmax DS極間耐壓要是兩倍的直流輸入最大電壓MOS管的耐電流選擇:Idrms=I

20、out*1.2(Po/Vdcmin/1-Dmax Idrms:MOS所通過的電流有效值Iout:輸出電流Po:輸出功率Vdcmin:最小輸入直流電壓值Dmax:最大占空比MOS的導(dǎo)通損耗計(jì)算Psw=Idrms2*Rds有效電流值的平方乘上MOS內(nèi)阻首先確定已知參數(shù):1開關(guān)頻率:Fsw;2變壓器的效率:;3最大占空比:Dmax;4輸入電壓范圍:Vinmin,Vinmax 5輸出電壓Vout6輸出電流Iout7K=0.4(DCM=1,CCM=0.30.5;8輸出二極管管壓降Vf9輔助繞組電壓Vb10輔助繞組二極管管壓降Vfb輸入功率Pin=(Vout*Iout 輸入電流平均值Iin_avg=Pin/(2*Vinmin*Dmax初級(jí)電感量Lp=(2*Vinmin*Dmax2/2*Pin*Fsw*K 紋波電流I= 2*Vinmin*Dmax/Lp*Fsw再確認(rèn)參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)功率和結(jié)構(gòu)空間選擇磁芯選好磁芯確定磁芯材質(zhì)選出ui值確定材質(zhì)找出相對(duì)溫度的Bs(飽和磁通密度一般選擇60°相對(duì)的Bs.找出Ae(磁芯實(shí)際截面面積、Acw(磁芯總卷線截面面積