如何进行开关电源设计
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    当前位置: > 技术文章更新时间:2021-05-23 10:44:39主题:如何进行开关电源设计 围观:

      电源变压器设计的第一步便是看规格型号,实际的很多人都是有触碰过,还可以明确提出来供大伙儿参照,我帮助剖析。

      我只带大伙儿设计一款宽范畴键入的,12v2a的基本防护电源变压器。

      1.最先明确输出功率,依据实际规定来选择相对应的网络拓扑结构;那样的一个电源变压器多选择反激式(flyback)大部分能够符合要求。在这儿我能大量的选择是经验公式定律来测算,有必须剖析的,能够拿出来再探讨。

      2.选择相对应的pwmic和mos来开展基本的电路设计图设计

      在我们明确用flyback拓扑结构开展设计之后,大家必须选择相对应的pwmic和mos来开展基本的电路设计图设计(sch)。不论是选择选用分立式的或是集成化的都能够自身考虑到。对里边的测算我都会开展溶解。

      分立式:pwmic与mos是分离的,这类优势是输出功率能够随意配搭,缺陷是设计和调节的周期时间会拉长(仅从设计视角而言);集成化:便是将pwmic与mos集成化在一个封裝里,省掉设计者许多 的测算和调节逐层,合适于刚新手入门或快速开发的自然环境。

      3.做电路原理图

      明确所选择的集成ic之后,逐渐做电路原理图(sch),在这儿我采用stviper53dip(集成化了mos)开展设计。

      设计前最好是都先看一下相对应的datasheet,确定一下简易的参数。不论是采用pi的集成化,或384x或obld等公司分立的都必须参照一下datasheet。一般datasheet里都是会附带简易的电路设计图,这种电路原理图是大家的设计根据。

      4.明确相对应的参数

      在我们将电路原理图进行之后,必须明确相对应的参数才可以进到下一步pcblayout。自然不一样的企业不一样的步骤,大家必须遵循相对应的步骤,培养一个优良的设计习惯性,这一步很有可能会出现基本评定,电路原理图确定,这些,签核结束后就可以开展测算了。

      先另附相对应的电路原理图。

     5.明确电源开关頻率,选择磁芯明确变电器

      这儿明确集成ic输出功率为70khz,集成ic的頻率能够根据外界的rc来设置,输出功率就相当于电源开关頻率,这一外接设备的作用有益于大家更强的设计电源变压器,还可以采用外同歩作用。与uc384c作用相仿。

      变电器磁芯为eer28/28l。

      一般ac3dc的spwm,输出功率不适合设超出100khz,主要是电源变压器的頻率过高之后,不利系统软件的可靠性,更不利emc的根据性。頻率太高,相对应的di/dtdv/dt都是会提升,除pi132mhz的输出功率以外,大伙儿能够多参照其他家的集成ic,便会小结自身的工作经验出去。

      针对磁芯的选择,是在电源开关頻率和输出功率的基本,大量的是工作经验选择。自然测算得话,你需要获得大量的磁芯参数,包含磁材,居里温度,频率特点这些,这个是必须渐渐地创建的。

      20w~40w范畴内ee25eer25eer28efd25efd30等均都能够。

      有关变电器磁芯的选择

      输出功率尺寸:

      低于5w可应用的磁芯:

      er9.5,er11.5,ee8.3,ee10,ee13,rm4,gu11,ep7,ep10,ui9.8,urs7

      5-10w可应用的磁芯:

      er20,ee19,rm5,gu14,efd15,ei22,epc13,ef16,ep13,ui11.5

      10-20w可应用的磁芯:

      er25,ee20,ee25,rm6,gu18,epc17,ef20

      20-50w可应用的磁芯:

      er28,etd28,ei28,ee28,ee30,ef25,rm8,gu22,

      pq20,epc19,efd20

      50-100w可应用的磁芯:

      er35,etd34,ee35,ei35,ef30,rm10,gu30,pq26,

      epc25,efd25

      100-200w可应用的磁芯:

      er40,er42,etd39,ei40,rm12,gu36,pq32,efd30

      200-500w可应用的磁芯:

      er49,etd49,ec53,ee42,ee55,ei50,rm14,gu42,

      pq35,pq40,uu66

      超过500w可应用的磁芯:

      er70,etd59,ee65,ee85,gu59,pq50,uu80,uu93

      磁芯与传送输出功率一览表

      6.设计变电器开展测算

      键入input:85~269vac

      輸出output:12v2a

      电源开关頻率fsw:70khz

      磁芯core:eer28/28l

      磁芯参数:ae82mm2

      之上均是已经知道参数,大家还必须设置一些参数,就可以进到下一步测算。

      设置参数:

      高效率η=80%

      较大pwm占空比:dmax=0.45

      磁通量转变 :δb=0.2

      拥有这种参数之后,大家就可以测算获得线圈匝数和电感器量。

      功率po=12v*2a=24w

      输入功率pin=po/η=24w/0.8=30w

      键入最少工作电压vin(min)=vac(min)*sqr(2)=85vac*1.414=120vdc

      键入最大工作电压vin(max)=vac(max)*sqr(2)=269vac*1.414=379vdc

      键入均值电流量iav=pin/vin(min)=30w/120vdc=0.25a

      键入最高值电流量ipeak=4*iav=1a

      原边电感器量lp=vin(min)*dmax/(ipeak*fsw)=120vdc*0.45/(1a*70k)=770uh

      这儿的4是一个经验,自然也就是我自身独家代理的工作经验。对于计算,无需那麼不便,看下面的图,你也就懂了,下边是dcm时的电流量波型;对于ccm加一个服务平台,自身能够计算,非常简单。

      到此最重要的一步原边电感器量早已求出,针对漏感及磁密,我不会提议诸位再去测算和认证。

      漏感lleakage<5%*lp

      上边测算了变电器的电感器量,如今大家还必须获得相对应的线圈匝数才能够进行全部变电器的工作中。

      1)测算通断時间ton周期t=ton toff=1/fswton=t*dmaxfsw,dmax全是已经知道量70khz,0.45带入上式必得ton=6.43us

      2)测算变电器初中级线圈匝数np=vin(min)*ton/(δb×ae)=120vdc*6.43us/(0.2*82mm2)=47t(这儿的数是一定要求整的,并且是进位求整,大家变电器不太可能只绕两圈或其他非整数金额圈)

      3)测算变电器12v主輸出的线圈匝数输出电压(vo):

      12vdc稳压管损耗(vd):0.7

      vdc绕阻损耗(vs):0.5

      vdc原边匝伏比(k)=vi_min/np=120vdc/47t=2.55輸出线圈匝数(ns)=(输出电压(vo) 稳压管损耗(vd) 绕阻损耗(vs))/原边匝伏比(k)=(12vdc 0.7vdc 0.9vdc)/2.55=6t(已求整)

      4)测算变电器輔助绕阻(auxturning)輸出的线圈匝数计算方式与12v主绕阻輸出一样由于stviper53dip副边意见反馈需小于14.9vdc,故选择12vdc做为輔助工作电压;na=6t到这一步,大家大部分就得到了变电器的关键参数原边绕阻:47t原边电感器量:0.77mh漏感<5%*0.77mh=39uh12v輸出:6t輔助绕阻:6t下一步大家只需将绕阻的电缆线径股票数引脚抗压等电气安全层面的规定明确提出,就可以发送给变压器厂去打样品的了对于磁密的测算,及其回到认证dmax这种全是一些教材上的,不建议大伙儿死搬软套,自身灵便一些。

      上边测算出线圈匝数之后,能够立即明确丝包线的大小,不用去开展繁杂的测算。

      电缆线径与基本电阻器一样,全是有时间常数的,记牢几类常见的时间常数电缆线径。这儿,原边电流量较为小,能够立即采用φ0.25一股。輔助绕阻φ0.25一股。主輸出绕阻φ0.4或0.5三股,无需选择更粗的,不然线圈电感起來,丝包线的强度会使实际操作职工难以绕。

      许多 这一步”测算”过去了之后,还会继续回到测算以认证变电器的对话框总面积。本人觉得回到认证是不必要的,由于线圈电感下不来得话,打样品的的变压器厂也会意见反馈让你,但你验证成功的,在具体中也不一定会根据;终究与具体线圈电感全过程中的英雄熟练度,及稀少或是有非常大关联的。

      再下一步,必须明确i/o的电容器的尺寸,就可以开展合理布局和布板了。

      7.i/o电解电容器测算

      键入过滤电解电容器

      cin=(1.5~3)*pin

      輸出过滤电解电容器

      cout=(200~300)*io

    施密特触发器的基本原理及作用

    施密特触发器最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。同时,施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。它是由两级直流放大器组成,电路如图2-64所示。两只晶体管的发射极连 … ,电工学习网

      上边大家测算出输入功率30w

      因此cin=45~90uf

      从理论上而言,这一值选的越大,对后续就越高;从成本费上考虑到,大家不容易无限制的去选择大空间。这里选值47uf/400vdc85℃或105℃依据相对应的应用场景来决策;电容器不用高频率,一般低特性阻抗的就可以了。

      輸出电流量是2a;

      cout=400~600uf

      这里电容器必须融入高频率低阻的特点,这一值还可以选值增大,但前提条件务必是在意见反馈环内。由于是闭环控制精密度操纵,故赋值470uf/16vdc

      这儿开关电源就可以选二颗470uf/16vdc,加一个l,阻成clc低通滤波器。

      大部分到这儿,pcb上必须外观设计明确的元器件早已进行,即pcb封裝进行;下一步就可根据前边的电路原理图(sch)界定好元器件封裝。

      8.pcblayout

      上边早已明确变压器,电路原理图,及其电解电容器,其他的大部分全是标件了。

      由sch转化成互联网表,在pcbfile里界定好板外随后载入相对应的封裝库之后,能够立即导进互联网表,开展布局;由于这一板相对性非常简单,还可以立即布板,导进互联网表是一个很好的设计方案习惯性。

      pcblayout关键并不是如何联线,最重要的是怎样布局;一般来说布局ok得话,绘图工具就轻轻松松多了。

      在布局与布板层面:

      1)rcd消化吸收一部分与变压器产生的环总面积尽可能小;那样能够减小相对应的辐射源和传输。

      2)接地线尽可能的短和宽敞,确保相对应的零脉冲信号有益于标准的平稳;另外viper5三维ip这颗dip-8的集成ic排热的关键安全通道。

      3)在di/dtdv/dt转变 较为大的地区,尽可能减小环城路和扩宽布线,减少多余的电感器特点

      另附相对应的图,n久以前的版本号,能够改善的地区许多 ,诸位自主参照:现阶段这一块板仍一直在生产制造。

      9.明确一部分主要参数

      大家前两步早已测算了变压器,pcblayout进行之后,这时就可以明确变压器的电脑,详细的界定变压器,高并发出来打样品的或自身线圈电感。

      eer28/28l框架是6 6

      原边:1->3輔助:6->5輸出:7,8,9->10,11,12

      针对輸出的引脚,大家可以用2个,或是只用上,看诸位自身的挑选。

      从电路原理图及pcb图上,1,6,7,8,9为电脑,自身线圈电感时,扣线应从这好多个引脚起,同向线圈电感。

      变压器宣布界定:

      1->2:φ0.25x1x24t

      7->10:φ0.50x2x6t

      8->11:φ0.50x2x6t

      9->12:φ0.50x2x6t

      2->3:φ0.25x1x23t

      6->5:φ0.25x1x6t

      2,4并剪脚

      l1-3:0.77mh0.25v@1khz漏感小于5%磁材:pc40或等同于材料

      髙压:

      原边vs副边:3750vac@1米a1min无穿透无飞弧

      副边vs变压器骨架:1500vac@1米a1min无穿透无飞弧

      特性阻抗:

      原边vs副边/绕阻vs变压器骨架:500vdc特性阻抗>100m

      备注名称:这儿选用三文治绕法,目地是为了更好地减少漏感。

      輸出全部引脚只用上,目地不是消耗,另外减少輸出绕阻的內部特性阻抗。能够将pcb和变压器传出去打样品的了,剩余便是明确大量的主要参数并材料准备。

      d101~d104:iav=0.25a选1n4007(1000v@1a)自然选600v的都没有难题

      snubbercircuit(rcd消化吸收):r101-100k1wc101-103@1kv(髙压高压瓷片电容)

      d105-fr107(选600v的极快修复还可以):

      这一部分能够测算,还可以立即采用經典的主要参数,在调节时,再开展再次来检测

      d201:mbr10100

      抗压:>vo vin(max)*ns/np=12v 379vdc*6/47=60v

      d106:fr107(抗压测算跟上面一样,选fr101也可以,尽早将开关电源里元器件融合,故选fr107)

      r102:是一个分压电路电阻器,关键用于限定vdd的工作电压;0~100r范畴内选,调节时,依据详细情况调节

      r103,c105:这一部分是stviper5三维ip设置电源开关頻率的,70khz能查datasheet中的頻率设置表,得知r103-10kc105-222

      r103与c105构成一个rc互联网,用以设置viper53的输出功率,它的输出功率能够达到300khz,但是在ac-dc里我不会提议应用那麼高的頻率。在viper53datasheet里有一个曲线图,但是并不是很便捷,我将常见的頻率设置表,梳理一下,贴上去大伙儿参照。

      8脚tovl是一个廷时维护的,这里能够立即选104实际主要参数,依据运用时,来调节这一值。

      1脚comp是一个赔偿意见反馈脚,得出一组认证过的主要参数:r104-1k

      c104-47uf/50v(电解电容器)c103-104这是一个一阶惯性环节,在副边意见反馈情况下,以副边意见反馈的赔偿互联网为主导,在失意见反馈此赔偿互联网才变为主导互联网。

      ic102-采用pc817c就ok了,不用规定太高的ctr值。

      l201-10uh3a的****电感,与e201e202产生一个低通滤波器,能能够更好地抑止谐波失真,可测算,在这儿我不会倡导来测算,能够依据调节中所遇到的难题再说调节。

      ic201-tl431to92封裝,ref-2.9v

      r205-1k这一值的测算>vo-vopdiode(光电耦合器内发光二极管的损耗)/imin(光电耦合器发光二极管最少穿透电流量)

      确保r205的挑选可以在一切正常情况下,合理穿透光电耦合器內部的发光二极管。

      r204r202-18k4.5k依据公式计算2.9v/r202=vo/(r202 r204)可测算。

      c202-104这一还可以到时依据具体情况来调节,不用去用公式计算开展繁杂的测算。

      cy103-这个是y电容能够选222@400vac,实际依据电气安全的抗压来选择,都能够在事后的工作上开展调节。

      10.调节全过程

      到之上一部分,大部分一个开关电源算作设计方案进行,后边的便是焊板调节全过程。

      调节所必须的简易机器设备(必不可少的):交流稳压器,示波仪,数字万用表;輔助机器设备:功率计,lcr电桥电路,直流电子负载

      焊完板之后,开展静态数据查验,如果有lcr电桥电路得话,能够测好一下变压器电脑,电感器量等主要参数之后再电焊焊接。

      静态数据查验:关键看是否有空焊,连锡等;静态数据检测之后,可以用数字万用表测一下键入,輸出是不是处在短路故障情况;剩余就可以开展通电检测了。

      电源变压器的ac键入连接交流稳压器,或是ac键入连接功率计再引至交流稳压器,交流稳压器处在0vac;示波仪接在stviper5三维ip的ds两边或初中级绕阻两边也可以,沟通交流藕合;数字万用表工作电压档测輸出,并满载。

      接入交流稳压器开关电源,逐渐变压,不用迅速,另外收看示波仪。

      从0vac逐渐升,会见到示波仪上波型会出现波动(改为直流电藕合会很清晰见到工作电压在升高)。当交流稳压器的工作电压至40~60vac区间时,假如示波仪波型都还没转变 得话,退还0vac,再次查验电源板。

      一般满载情况,在40~60vac区间时,电源变压器会开始工作,stviper5三维ip也会进到工作模式,示波仪上vds波型会逐渐一切正常。

      看输出电压是不是做到控制参数?未做到,退还0vac查验取样,意见反馈及輸出控制回路。假如都ok的情况下,再考虑到将键入工作电压升到380vac。遵照之上流程调节得话,不容易发生爆片或炸机状况。

      备注名称:示波仪必须防护,或只容许ln键入,未防护标准下pe的线不可以连接,不然非常容易导致短路故障。

      振奋人心的一刻到,人生道路的第一块开关电源就需要问世了!

      负载或是提议一点一点地加,也监管着示波仪,这儿就省掉一步一步载入全过程,立即入门了

     最终小结:

      实际上电源变压器新手入门非常简单,最好是的新手入门是采用片式的,终究省掉了运行电阻器,电流量检验电阻器,mos及驱动器,维护电源电路等各种各样不确定因素的难题。等着你真实新手入门了,累积一定的工作经验,再选用公司分立的构造开展设计方案就简易多了,一切有的放矢才有发展。

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