開關(guān)電源參數(shù)計算

1、1. 原理圖 2. 技術(shù)指標(1輸入電壓:185V AC240VAC(2輸出電壓 1:+5VDC,額定電流 1A ,最小電流 750mA ; (3輸出電壓 2:+12VDC,額定電流 1A ,最小電流 100mA ; (4輸出電壓 3:-12VDC ,額定電流 1A ,最小電流 100mA ; (5輸出電壓 4:+24VDC,額定電流 1.5A ,最小電流 250mA ;(6輸出電壓紋波:+5V,±12V :最大 100mV (峰峰值 ; +24V:最大 250mV (峰峰值(7輸出精度:+5V,±12V :最大± 5%; +24V:最大± 10%; (

2、8效率:大于 80% 3. 參數(shù)計算 (1輸出功率:out P A A A W =+= (3-1 (2輸入功率:out in P WP W = (3-2 (3直流輸入電壓: 采用單相橋式不可控整流電路(max240VAC 1.414=340VDCin V = (3-3 (min185VAC 1.414=262VDCin V = (3-4(4最大平均電流:(m a x (m i n 81. 250. 31262inin in P W I A V V= (3-5(5最小平均電流:(min(maxin in in P WI A V = (3-6 (6峰值電流:可以采用下面兩種方法計算,本文采用式(3

3、-8的方法。(minmax (min(min225581.251.550.4262out out out Pk C in in in P P P WI I A V D V V V= (3-7min 5.55.581.251.71262out Pk C in P WI I A V V= (3-8 (7散熱:基于 MOSFET 的反激式開關(guān)電源的經(jīng)驗方法:損耗的 35%是由 MOSFET 產(chǎn)生, 60%是由整流部分產(chǎn)生的。 開關(guān)電源的損耗為:20%16.25D in P P W W =-= (3-9 MOSFET 損耗為:35%16.2535%5.69D MOSFET D P P W W -= (

4、3-10整流部分損耗:(5 55(60%( 16.2560%0.756565D V D W W P P W W W W += (3-11 (12 12122( 60%2( 16.2560%3.66565D V D W WP P W W W W ±= (3-12(242 3636( 60%( 16.2560%5.46565D V D W WP P W W W W+= (3-13(8變壓器磁芯:采用天通的 EER40/45, 飽和磁通密度 Bs 在 25時大于 500mT , 在 100 時大于 390mT 。窗口有效截面積 Ae=152.42mm2。所以,取max 11s B B T

5、T = (3-14 Ae=152.42mm2 (3-15(9開關(guān)電源頻率:40f khz = (3-16(10開關(guān)電源最大占空比:max 0.4D = (3-17 (11初級繞組電感最小值 Lpri :in(minmax1.531.7140V D V L mH I fA KHz= (3-18在每個開關(guān)管導通的每個周期中,存儲在磁芯的能量為:2stored pri pk 1E L I 2=(3-19 要驗證變壓器最大連續(xù)輸出功率能否滿足負載所需的最大功率, 可以使用下 式:2in(corepri pk out 1P L I f P 2=> (3-20 (12氣隙:為了防止飽和所要加的氣隙:

6、2pri pkgap 2e max0.4L I l A B=(3-21max B :單位為特斯拉 T ; gap l :單位是厘米; pri L :單位為 H ;pk I :單位為 A ;e A :單位為 cm 2; 232pri pkgap 222e maxL I l cm A B -= (13初級繞組匝數(shù):4pri pk pri e max(LI 10N A B =(3-22max B :單位為特斯拉 T ; pri L :單位為 H ;pk I :單位為 A ;e A :單位為 cm 2;434pri pk pri 2e max=-= (14 +5VDC次級繞組匝數(shù):pri out(nf

7、wd(nmax out(nin(minmaxN (VV (1N V D D +-=(3-23fwd V V V =+整流二極管正向降 波 感正向 降 濾 電 壓 (3-24out(nN 是第 n 個次級繞組的匝數(shù); out(nV 是第 n 個次級繞組的輸出電壓;fwd(nV 是第 n 個次級繞組的輸出整流器的電壓降; pri out(nfwd(nmax out(+5Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(15 +12VDC次級繞組匝數(shù):pri out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(16 -12VDC 次級繞組匝數(shù):pr

8、i out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(17 +24VDC次級繞組匝數(shù):pri out(nfwd(nmax out(+24Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(18自饋繞組匝數(shù):(a UC3842VON=16V, VOFF=10V, Dmax=100%。選擇自饋繞組輸出電壓為 15V 。pri out(nfwd(nmax fb(+15Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(b UC3843VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=100%。選擇自饋繞組輸出電壓為 10V 。pri out(

9、nfwd(nmax fb(+10Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(c UC3844VON=16V, VOFF=10V, Dmax=50%。選擇自饋繞組輸出電壓為 15V 。pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(d UC3845VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=50%。選擇自饋繞組輸出電壓為 10V 。pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmaxN (VV (1D D +-+-=(19選擇繞組線徑:根據(jù)應用指南或經(jīng)驗法則,反激變換器電流密度(指電流有效值一般取 400

10、cmil/A,即 5A/mm2。對于 +5VDC,其額定電流為 1A ,所要線徑取 0.55mm ,即 0.24mm 2; 對于 +12VDC,其額定電流為 1A ,所要線徑取 0.55mm ; 對于 -12VDC ,其額定電流為 1A ,所要線徑取 0.55mm ;對于 +24VDC,其額定電流為 1A ,所要線徑取 0.65mm ,即 0.33mm 2; (20變壓器初級繞組反激電壓:變壓器初級的反激電壓 P V 也稱為尖峰電壓。(maxmaxin P V VV V D =- (3-25 或者按照下式OR in(max(1.52(1.52340510680P V V V V V V =*=

11、 (3-26(21輸入整流部分: (a 輸入濾波電容 Cin輸入電壓較寬時, 一般取比例系數(shù) 3uF/W, 即每瓦輸出功率對應 3uF 的電容 量。如果輸入電壓比較穩(wěn)定(如蓄電池輸入 ,一般取比例系數(shù) 1uF/W,即每瓦 輸出功率對應 1uF 的電容量。 為了降低輸入電壓紋波, 一般把輸入電容濾波電容 用多個并聯(lián)使用,以降低電容的 ESR 值。輸入濾波電容上還要并上一個或兩個 陶瓷電容(約 0.1uF ,以吸收紋波電流的高頻分量。這里取 3uF/W,即3/65195200in C uF W W uF uF = (3-27因為最大直流電壓值為 340VDC ,所以輸入濾波電容的耐壓值按 1.5倍

12、的裕 量,取 500V 。(b 輸入整流二極管:對于交流離線式變換器,二極管的耐壓值取( 1.81.8*220400W in RMS V V V V >= (3-28開關(guān)電源的最大輸入平均電流為 (max(min81.250.31262in in in P WI A V V=,所以 二極管的電流取 0.31A 。最小的二極管等級要符合下面的條件: R 2(maxF d(maxFSM FU I 1.5I I 5I >(c NTC 電阻:使用 NTC 電阻的開關(guān)電源,在每次關(guān)機后不要馬上開機,最好等一分鐘以 后再開機,只有等 NTC 電阻溫度降下來后,它的阻值才能上去,再次開機才能 起

13、限流作用。額定輸入電流為:(min(maxin in in P WI A V = 輸入電容 Cin 的輸入電流峰值一般為輸入電流的 35倍,所以 NTC 的電阻 值必須滿足max(35 in t inV R I =(3-29為了降低損耗, NTC 的阻值越小越好,一般取 612歐姆。 (22 MOSFET :D pk DSSp 1.71V V 500I I AV = (3-30 (23輸出整流部分: (a 輸出整流二極管:在開關(guān)電源中, 可以使用以下三種類型的整流二極管:快速恢復二極管、 超 快恢復二極管、肖特基整流二極管。在任何開關(guān)電源的輸出電路設(shè)計中, 都應嚴格選擇整流二極管的反向截止電

14、壓和正向電流。輸出整流二極管必須滿足:RM (BRSF OMU 2U I 3I (3-31式(3-31中,輸出整流二極管的最大反向峰值電壓由下式確定:S(BRS0in(maxPN U U V N =+ (3-32 式(3-32中, 0U 為輸出電壓; OM I 為額定輸出電流; P N 為初級繞組匝數(shù); S N 為次級繞組匝數(shù)。對于 +5VDC的輸出繞組, (BRS3U 53401786V =+=, RM U 34V , F I 3A 。 對于 ±12VDC 的輸出繞組, (BRS7U 123404086V =+=, RM U 80V , F I 3A 。對于 +24VDC的 輸 出

15、 繞 組 ,(BRS13U 243407686V =+=, RM U 150V , F I 4.5A 。 (b 輸出濾波電感:當輸出濾波電感小于臨界值 Lc 時,將導致電源穩(wěn)壓性能變壞,甚至產(chǎn)生振 蕩從而導致電源無法正常工作。 所以在設(shè)計電路時應該選擇濾波電感值大于臨界 值的電感。濾波電感的臨界值計算公式:max min min(12L C R D L f -=(3-33式中, max L R -負載電阻的最大值; min -最小脈沖占空比; min f -電源的最 小工作頻率。實際調(diào)試時, 如果由于設(shè)計不當而導致穩(wěn)壓電源在小負載電流時發(fā)生濾波電 感小于臨界值的現(xiàn)象,可以在電源輸出端并聯(lián)一個固

16、定電阻(如 12R ,稱為假負 載的方法來減小 max L R 值從而減小 C L 值。這個固定電阻不能太小,以免影響電源效率。此處,取 73.3,5L uH A =。假負載 12R 的作用主要是改善輕載時的負載調(diào)整率,此處,取 121R k =。 (c 輸出濾波電容:(max(max(minout off out rippleI T C V =(3-34(24電流采樣電阻:max 1s sVI R =(3-35 所以, (max110.581.71s s V VR I A= 電流采樣電路的 RC 濾波參數(shù):R=1K, C=470p,其時間常數(shù)為 470ns 。 (25振蕩電阻和振蕩電容:T

17、Tf R C (3-36 T R =(26啟動電阻和啟動電容:(a UC3842啟動電壓取 20V ,啟動電流取 2mA 。1R 121K = 122(maxR 1(15V (340V15V P 0.8121K in V W R -=98.3R k = 211.67R k = (b UC3843啟動電壓取 10V ,啟動電流取 2mA 。1R 125K = 122(maxR 1(10V (340V10V P 0.8125K in V W R -=93.75R k =211.25R k = (c UC3844啟動電壓取 20V ,啟動電流取 2mA 。1R 121K = 122(maxR 1(1

18、5V (340V15V P 0.8121K in V W R -=98.3R k = 211.67R k = (d UC3845啟動電壓取 10V ,啟動電流取 2mA 。1R 125K = 122(maxR 1(10V (340V10V P 0.8125K in V W R -=93.75R k = 211.25R k =啟動完成后, UC3842的消耗電流將隨著對高壓 MOSFET 的驅(qū)動而增之 100mA , 該電流由啟動電容 C24在啟動時儲存的電荷量來提供。 這時, C24上的 電壓會發(fā)生跌落,當 C24上的電壓跌落到 10V 以下時, UC3842仍然保持工作。 自饋繞組實現(xiàn)自饋電的時間 Ton 根據(jù)開關(guān)周期決定,一般