正激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

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1、WORD格式可編輯7-3正激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中山市技師學(xué)院葛中海由于反激式開關(guān)電源中的開關(guān)變壓器起到儲(chǔ)能電感的作用，因此反激式開關(guān)變壓器類似于電感的設(shè)計(jì)，但需注意防止磁飽和的問題。反激式在20～100W的小功率開關(guān)電源方面比較有優(yōu)勢(shì)，因其電路簡(jiǎn)單，控制也比較容易。而正激式開關(guān)電源中的高頻變壓器只起到傳輸能量的作用，其開關(guān)變壓器可按正常的變壓器設(shè)計(jì)方法，但需考慮磁復(fù)位、同步整流等問題。正激式適合50～250W之低壓、大電流的開關(guān)電源。這是二者的重要區(qū)別！7.3.1技術(shù)指標(biāo)正激式開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)見表7-7所示。表7-7正激式開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目參數(shù)輸入電壓?jiǎn)蜗嘟涣?20V輸入電壓變動(dòng)范圍160

2、Vac～235Vac輸入頻率50Hz輸出電壓VO=5.5V@20A輸出功率110W7.3.2工作頻率的確定工作頻率對(duì)電源體積以及特性影響很大，必須很好選擇。工作頻率高時(shí)，開關(guān)變壓器和輸出濾波器可小型化，過渡響應(yīng)速度快。但主開關(guān)元件的熱損耗增大、噪聲大，而且集成控制器、主開關(guān)元件、輸出二極管、輸出電容及變壓器的磁芯、還有電路設(shè)計(jì)等受到限制。這里基本工作頻率選200kHz，則=5μs式中，為周期，為基本工作頻率。7.3.3最大導(dǎo)通時(shí)間的確定對(duì)于正向激勵(lì)開關(guān)電源，選為40%～45%較為適宜。最大導(dǎo)通時(shí)間為=（7-24）是設(shè)計(jì)電路時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)主開關(guān)元件專業(yè)技術(shù)資料整理WORD格式可編輯、輸出

3、二極管的耐壓與輸出保持時(shí)間、變壓器以及和輸出濾波器的大小、轉(zhuǎn)換效率等都有很大影響。此處，選=45%。由式（7-24），則有=5μs0.45=2.25μs正向激勵(lì)開關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu)如圖7-25所示。圖7-25正向激勵(lì)開關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu)7.3.4變壓器匝比的計(jì)算1．次級(jí)輸出電壓的計(jì)算如圖7-26所示，次級(jí)電壓與電壓++的關(guān)系可以這樣理解：正脈沖電壓與包圍的矩形“等積變形”為整個(gè)周期的矩形，則矩形的“縱向的高”就是++，即（7-25）式中，是輸出二極管的導(dǎo)通壓降，是包含輸出扼流圈的次級(jí)繞組接線壓降。由此可見，圖7-26所示A面積等于B面積，C是公共面積，因此，真正加在負(fù)載上的輸出電壓更小。專

4、業(yè)技術(shù)資料整理WORD格式可編輯圖7-26“等積變形”示意圖根據(jù)式（7-25），次級(jí)最低輸出電壓為==14V式中，取0.5V（肖特基二極管），取0.3V。2．變壓器匝比的計(jì)算正激式開關(guān)電源中的開關(guān)變壓器只起到傳輸能量的作用，是真正意義上的變壓器，初、次級(jí)繞組的匝比為=（7-26）根據(jù)交流輸入電壓的變動(dòng)范圍160V～235V，則=200V～350V，=200V，所以有==≈14.3把式（7-25）、（7-25）整合，則變壓器的匝比為=（7-27）7.3.5變壓器次級(jí)輸出電壓的計(jì)算變壓器初級(jí)的匝數(shù)與最大工作磁通密度（高斯）之間的關(guān)系為（7-28）式中，為磁芯的有效截面積（mm2），為最大工作磁通密

5、度。專業(yè)技術(shù)資料整理WORD格式可編輯輸出功率與磁芯的尺寸之間關(guān)系，見表2-3所示。根據(jù)表2-3粗略計(jì)算變壓器有關(guān)參數(shù)，磁芯選EI-28，其有效截面積約為85mm2，磁芯材料相當(dāng)于TDK的H7C4，最大工作磁通密度可由圖7-27查出。圖7-27H7C4材料磁芯的B-H特性實(shí)際使用時(shí)，磁芯溫度約為100℃，需要確保為線性范圍，因此在3000高斯以下。但正向激勵(lì)開關(guān)電源是單向勵(lì)磁，設(shè)計(jì)時(shí)需要減小剩磁（磁復(fù)位）——剩磁隨磁芯溫度以及工作頻率而改變。此處，工作頻率為200kHz，則剩磁約減為1000高斯，即磁通密度的線性變化范圍為2000高斯。根據(jù)式（7-28），得=≈26.5匝，取整數(shù)27匝。因此，

6、變壓器次級(jí)的匝數(shù)為=/==27/14.3=1.9匝，取整數(shù)2匝。當(dāng)=/=27/2=13.5。根據(jù)式（7-27），計(jì)算最大占空比為==≈42.5%也就是說，選定變壓器初、次級(jí)繞組分別為27和2匝，為了滿足最低輸入電壓時(shí)還能保證輸出電壓正常，開關(guān)電源的最大占空比約為42.5%，開關(guān)管的最大導(dǎo)通時(shí)間約為2.1μs。下面有關(guān)參數(shù)的計(jì)算以校正后的（=42.5%）和（=2.1μs）。同時(shí)，由專業(yè)技術(shù)資料整理WORD格式可編輯式（7-26）計(jì)算的輸出最低電壓約為14.8V。7.3.6變壓器次級(jí)輸出電壓的計(jì)算1．計(jì)算扼流圈的電感量流經(jīng)輸出扼流圈的電流如圖7-28所示，則為=（7-29）式中，為輸出扼流圈的電感

7、（μH）。圖7-28扼流圈中的電流波形這里選為輸出電流（=20A）的10%～30%，從扼流圈的外形尺寸、成本、過程響應(yīng)等方面考慮，此值比較適宜。因此，按為的20%進(jìn)行計(jì)算。=0.2=200.2=4A由式（7-29），求得=≈4.6μH如此，采用電感量為4.6μH，流過平均電流為20A的扼流圈。若把變壓器次級(jí)的輸出電壓與電流波形合并在一起，如圖7-29所示。在期間，為幅度14.8V的正脈沖，VD1導(dǎo)