1、A,1,第7章主電路設(shè)計,內(nèi)容主要技術(shù)指標(biāo)、主電路的選型、元器件參數(shù)的計算；熱設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計；輸入回路的設(shè)計；電磁兼容技術(shù)與可靠性設(shè)計目標(biāo)開關(guān)電源電路的基本設(shè)計思想和設(shè)計方法,A,2,7.1主要技術(shù)指標(biāo)及其分析,7.1.1輸入?yún)?shù)輸入電壓：交流國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)，國際通用電壓范圍。直流額定值和變化范圍。輸入頻率：民用、工業(yè)為50Hz，航空、航天及船舶為400Hz。輸入相數(shù)：單相、三相，與功率有關(guān)。輸入電流：額定輸入電流和最大電流。輸入功率因數(shù)和諧波：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采取措施。,A,3,7.1.2輸出參數(shù),輸出電壓：額定值和調(diào)節(jié)范圍。輸出電流：額定值；過載倍數(shù)；調(diào)節(jié)范圍；電流下限。穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度：正負(fù)誤差

2、帶。輸出特性：恒壓恒流。紋波：類型高頻噪聲、開關(guān)頻率紋波、低頻紋波。量化方法紋波系數(shù)、峰峰電壓值、按三種頻率成分分別計量幅值、衡重法。效率：額定條件下的輸入有功功率和輸出功率之比。,A,4,7.1.3電磁兼容性能指標(biāo),電磁兼容性：電磁敏感性和電磁干擾電子裝置抵抗外來干擾的能力和自身產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度。各國有關(guān)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)很多，開關(guān)電源產(chǎn)品一般用通用標(biāo)準(zhǔn)(IEC610004和GB/T17626系列)。7.1.4其他指標(biāo)體積和重量：減小體積和重量的最有效途徑是提高開關(guān)頻率環(huán)境溫度：民用040，工業(yè)用-1050，軍用、航空航天、艦船用-55105。海拔高度：加大絕緣的間距,A,5,7.2主電路設(shè)計,7

3、.2.1主電路的選型反激型電路：功率小于100W的電源正激型電路：100W以上功率，且工作環(huán)境干擾很大、輸入電壓質(zhì)量惡劣、輸出短路頻繁。半橋型電路：功率大于500W，工作條件較好，嚴(yán)格限制成本。全橋型電路：功率很大，工作條件較好。推挽型電路：輸入電壓很低、功率較大。,A,6,7.2.2硬開關(guān)與軟開關(guān)電路的選擇,一般情況下采用硬開關(guān)電路。對效率、體積和重量的要求非常高時，可以采用相應(yīng)的軟開關(guān)電路。軟開關(guān)是未來電源技術(shù)的主流。,A,7,7.2.3正激型、推挽型、半橋型和全橋型電路的主電路元器件參數(shù)的計算,1變壓器的設(shè)計設(shè)計的參數(shù)：電壓比、鐵心的形式和尺寸、各繞組匝數(shù)、導(dǎo)體截面積和繞組結(jié)構(gòu)等。依據(jù)參

4、數(shù)：工作電壓、工作電流和工作頻率。(1)電壓比kT：最大占空比和最低輸入電壓下，輸出電壓達(dá)到上限，考慮電路的壓降，輸出電壓的裕量,A,8,(2)鐵心的選取,AP法，計算出Ap，在廠家的產(chǎn)品手冊中選擇合適的鐵心型號，使其形狀和尺寸滿足要求。(3)繞組匝數(shù)通常先計算二次匝數(shù)SV為繞組承受的最大伏-秒面積其計算可簡化為電壓和脈沖寬度的乘積不同的電路SV不同:正激；半橋、全橋、推挽,A,9,(4)繞組導(dǎo)體截面,根據(jù)流過繞組的電流值和預(yù)先選定的電流密度，即可計算出。(5)變壓器設(shè)計的其他問題：變壓器勵磁電感和漏感的估算。,A,10,2輸出濾波電路的設(shè)計,濾波電路：單級LC濾波電路，二級LC濾波電路(1)

5、濾波電感的設(shè)計確定電感量：由輸出電壓、電流和開關(guān)頻率，以及電感電流最大紋波值決定。正激電路；半橋、全橋、推挽電路,A,11,確定電感鐵芯：,AP法確定鐵芯計算繞組匝數(shù)：計算氣隙：計算電感繞組的導(dǎo)體截面積,A,12,(2)濾波電容的確定,最大紋波有效值為:輸出電壓最大紋波有效值:濾波電容的阻抗：根據(jù)產(chǎn)品手冊確定濾波電容：,A,13,3開關(guān)器件及二極管的設(shè)計,遵循兩個原則：電壓和電流都不應(yīng)超出安全工作區(qū)(SOA)。結(jié)溫不能超過最大結(jié)溫。設(shè)計過程：計算出器件工作時的電壓和電流峰值。根據(jù)SOA初步選擇器件的電壓和電流的大小。估算的器件發(fā)熱功率、熱阻。選擇散熱器。留有裕量。,A,14,變壓器二次側(cè)整流二

6、極管的設(shè)計,二極管的峰值電流二極管的最大平均電流二極管的通態(tài)損耗二極管的開關(guān)損耗散熱熱阻,A,15,變壓器一次側(cè)開關(guān)器件的設(shè)計,開關(guān)器件的峰值電流開關(guān)器件的最大平均電流開關(guān)器件的通態(tài)損耗開關(guān)器件的開關(guān)損耗散熱熱阻,A,16,4主電路設(shè)計實例,技術(shù)要求：輸入電壓：交流三相38010V，50Hz。輸出電壓：額定直流220V，調(diào)節(jié)范圍160280V輸出電流：最大10A。輸出紋波：紋波系數(shù)不大于0.5。工作溫度：040。,A,17,(1)主電路的選型,根據(jù)功率選擇全橋型電路；根據(jù)輸出電壓，變壓器二次側(cè)應(yīng)采用全橋型整流電路。(2)變壓器的設(shè)計電壓比kT：輸入側(cè)最小整流電壓、最高占空比、最高輸出電壓、二次

7、壓降的計算。kT1.4鐵心的選?。洪_關(guān)頻率、鐵芯材料、B、導(dǎo)體電流密度、窗口填充因數(shù)的確定；選擇鐵心型號為EE65繞組匝數(shù)和截面積：根據(jù)電路確定最大伏-秒面積、B、鐵心截面積，計算N2=37匝，Nl=52匝根據(jù)電流值和選定的電流密度確定導(dǎo)體的截面積，Ac2=2.5mm2，Acl=1.8mm2,A,18,(3)輸出濾波電路的設(shè)計,濾波電感的設(shè)計：電感量計算：確定輸出電壓最大值、開關(guān)頻率、允許的電感電流最大紋波峰峰值；L=0.7mH鐵芯設(shè)計：確定電感值、電流最大值、電流最大峰值、磁通密度最大值、電流密度、填充系數(shù)；鐵芯材料；EE55B：鐵心截面積為3.5710-4m2，窗口面積為3.6910-4m

8、2計算繞組匝數(shù)：確定電感值、電流最大峰值、磁通密度最大值、鐵心截面積；NL=72匝計算氣隙：確定鐵心截面積、繞組匝數(shù)、電感值；l=3.3mm/2計算繞組的導(dǎo)體截面：確定電感電流和電流密度；AcL=2.5mm2濾波電容的確定：由電感電流最大紋波有效值、輸出電壓最大紋波有效值確定容抗xc1.1；根據(jù)產(chǎn)品手冊選擇滿足條件的電容。,A,19,(4)開關(guān)器件及二極管的設(shè)計,1)變壓器二次側(cè)整流二極管的設(shè)計：電壓值：由一次側(cè)最大整流電壓，變比，過電壓、浪涌確定，不小于600V。電流值：峰值電流11A，最大平均電流5A，考慮裕量額定電流大于10A。損耗：通態(tài)損耗10W、開關(guān)損耗20W散熱熱阻：由損耗功率、結(jié)

9、溫和環(huán)境溫度確定，小于2.6K/W根據(jù)產(chǎn)品手冊，確定型號。,A,20,2)開關(guān)器件的設(shè)計：,器件類型：電力MOSFET電壓值：整流電壓峰值，過電壓、浪涌確定，不小于800V電流值：允許峰值電流大于7.8A，平均電流大于3.2A損耗：通態(tài)損耗18.15W、開關(guān)損耗27.2W散熱熱阻：由損耗功率、結(jié)溫和環(huán)境溫度確定，小于2.2K/W根據(jù)產(chǎn)品手冊，確定型號,A,21,7.2.4反激型電路的主電路元器件參數(shù)的確定,1.變壓器的設(shè)計電壓比：最大占空比（臨界時）：變壓器一次電流峰值：變壓器一次電感值：,A,22,根據(jù)公式設(shè)計變壓器：Ap法繞組的匝數(shù)：氣隙：,A,23,2開關(guān)器件的設(shè)計,峰值電流：Ip1ma

10、x平均值：通態(tài)損耗：開關(guān)損耗：散熱熱阻：,A,24,輸出整流二極管設(shè)計：,峰值電流：kTIp1max平均值：IDIo通態(tài)損耗：開關(guān)損耗：散熱熱阻：,A,25,7.3熱設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,7.3.1開關(guān)器件和二極管的熱設(shè)計1開關(guān)器件的傳熱過程管芯的熱量：管芯管殼散熱器臺面散熱器散熱面空氣環(huán)境溫差、熱阻和發(fā)熱功率間的關(guān)系2結(jié)殼熱阻RthJ-C的選擇原則電流容量大成本高；并聯(lián)或電路多重化成本高、均流3散熱器熱阻RthC-A的設(shè)計原則增大散熱面積體積、重量和成本；強(qiáng)制風(fēng)冷成本、可靠性和噪聲,A,26,7.3.2變壓器和電抗器的熱設(shè)計,損耗散熱鐵心和繞組的溫度上升鐵心材料特性、繞組絕緣材料特性改變(1)鐵損

11、：磁滯損耗和渦流損耗設(shè)計方法：在給定工作頻率、最大工作磁通密度下，查單位重量或單位體積的損耗功率值，乘以磁心的重量或體積。(2)銅損：繞組電阻的損耗溫升：,A,27,7.3.3機(jī)箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計,考慮因素：機(jī)械強(qiáng)度、重量、散熱、屏蔽、美觀、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配、調(diào)試、維修是否方便等。,A,28,7.4開關(guān)電源輸入回路的設(shè)計,1.輸入回路的設(shè)計輸入回路結(jié)構(gòu)：電容輸入型，全波整流。設(shè)計內(nèi)容：電容器C1（電容量、紋波、壽命）；、整流橋（電流、電壓、功率）；輸出電壓范圍。電容器C1：經(jīng)驗公式C1=(400600)Idc（mF）輸出電壓范圍：與輸入電壓、負(fù)載、電源側(cè)的電阻有關(guān)。,A,29,電容并聯(lián)型整流電路電壓系數(shù)

12、：,A,30,整流器的電流有效值、峰值：,A,31,紋波電壓、電流：,紋波電壓：電源頻率下的紋波電流：開關(guān)頻率下的紋波電流：紋波電流：,A,32,電容器壽命：,整流器功耗Prf：全波整流橋額定電壓：,A,33,2.沖擊電流抑制回路的設(shè)計,產(chǎn)生的原因：電容輸入型回路，瞬間對電容器充電。危害：保護(hù)動作，設(shè)備過熱、損壞等。串聯(lián)電阻，抑制在交流輸入電流Iac的5倍以下。,A,34,7.5開關(guān)電源的電磁兼容技術(shù)與可靠性設(shè)計,7.5.1開關(guān)電源的電磁兼容技術(shù)電磁兼容技術(shù)：一門新興的跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。研究范圍幾乎涉及所有現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域。研究的熱點(diǎn)：電磁干擾源的特性及其傳輸特性、電磁干擾的危害效應(yīng)、電磁

13、干擾的抑制技術(shù)、電磁頻譜的利用和管理、電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、電磁兼容性的測量與試驗技術(shù)、電磁泄漏與靜電放電等。電磁兼容（EMC）：指設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。電磁兼容技術(shù)是與管理并重的實用工程學(xué)。制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范電磁兼容三要素：干擾源(騷擾源)、耦合通路和敏感體。,A,35,7.5.2開關(guān)電源的電磁兼容性,耦合通道：共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合及電磁波耦合。干擾源（內(nèi)部的）：電壓、電流方波；器件高頻開關(guān)過程；二極管。開關(guān)電源的復(fù)雜性：,A,36,7.5.3電磁兼容性研究及解決方法,研究方法：通常實驗、測試，分析研究。從三個方面解決問題：1）減

14、小搔擾源產(chǎn)生的搔擾信號；2）切斷搔擾信號的傳播途徑；3）增強(qiáng)受搔擾體的抗搔擾能力。具體方法：濾波電路，改善APFC性能，減小電流電壓的變化率，軟開關(guān)；屏蔽，改善縫隙泄露，接地處理；MOV，氣體放電管，TVS管，改變電距離，合理設(shè)計PCB板，接地。,A,37,7.5.4開關(guān)電源的噪聲,開關(guān)電源噪聲：內(nèi)部元件形成的干擾；外界因素影響使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。1內(nèi)部干擾源電流高次諧波干擾：整流過程尖峰電壓干擾：開關(guān)管，高頻變壓器，整流二極管，電容、電感器和導(dǎo)線，SPWM逆變電源噪聲抑制措施：正確選擇半導(dǎo)體器件、變壓器鐵芯材料和電路中屏蔽、濾波、接地等,A,38,2外部干擾源,電源干擾：共模干擾或差模干擾雷電干擾：直擊雷、感應(yīng)雷抑制措施：濾波器，MOV、放電管等,A,39,7.5.5開關(guān)電源的干擾途徑與耦合機(jī)制(外部的),l.干擾途徑由交流2