正激式电源原理设计ppt课件.ppt

正激式电源概述 一般DC DC模块电源 功率级一般从几瓦到几十瓦 输出电压从几伏至上百伏 对于几十瓦的电源 一般以低压大电流为主 有5V 10A 5V 6A 3 3V 8A等规格 效率一般在80 左右 具体视输出电压大小可以按要求设计 因为模块电源要求MTBF 平均无故障时间 1000000小时以上 所以要尽量避免使用电解电容 最好使用陶瓷电容 陶瓷电容容量不大 具有非常好的高频特性 此外 DC DC模块电源的厚度要求小于12 7mm 所以对变压器的要求高 磁芯必须具有扁平的形状和在高频情况下具有较小的损耗因子 1 磁性材料选择说明 通常选用的芯材有TDK的PC40 44 PC50或菲利浦的3F3 3F4 国产的如金宁R2KD R2KBD R2KB1还有南京新康达HP2 HP3等 形状以罐型为主 因为罐型磁芯具有较好的屏蔽 EMI中的棘手问题 辐射也就好解决得多了 同时不能使局部温度太高 必须均衡放置发热元件 另外还要求较低的纹波和较高的效率等 所有这些挑战使得采用正激式必较合适 2 电路原理的框图 3 正激式电路工作原理1 一般正激式上图所示为单端正激式电路 它犹如带变压器的Buck型变换器 输出电压UO由N2 N1 占空比D和输入电压确定 即 Uo Ns Np D Uin 当PWM控制器输出正脉冲 功率开关导通 变压器的初级绕组流过电流 此电流由两部分组成 第一部分为磁化电流 即流经等效开环电感上的电流 第二部份是与输出电流等效的初级电流 它和初次级匝比成反比 和输出电流成正比 4 正激式电路工作原理2 储存在电感上的能量必须在功率开关关断后下一次开启前泄放掉 以便使磁通复位 N3即为去磁绕组 一般N3 N1 如果设计一个36V至72V直流输入 5V 6A输出的模块电源 当去磁绕组与初级绕组的匝比为1时 Udsr 72V 72V 144V 选用反峰Uds为200V的IRF630场效应管 仅有50V的裕量用于承受异常时和叠加在此电压上的尖峰脉冲 场效应管的Rds与允许的Udsr成反比 如IRF630的Rds是0 4 而耐压为100V的同系列产品IRF530N为0 11 很显然 对宽范围输入的电源设计选用高耐压的场效应管 最高输入直流电压Uimax 2使用 仅仅是为了对付高端输入有点不太经济 5 变压器复位电路 6 变压器复位电路分析 上图中 若开关晶体管Tr1截至 则变压器Np绕组产生反向电动势 二极管Dr导通 同时对Cr充电 Rr与Cr并联 Cr上的电荷被Rr消耗 变压器实现复位的条件是Rr所消耗的功率等于变压器所储存的能量 设Cr的电压为Vr 则 Vr Rr f 2Lp Vin Ton设变压器复位时间为tr 则复位条件为 Vin Ton Vr tr 同时复位的动作必须在Tr1的OFF期间内结束 那么绝对条件就是 tr Toff可见Rr过大 复位电压Vr将迅速上升 复位要在很短的时间内完成 同时取Vr Vin 7 采用变压器绕组复位电路 上述RDC复位电路 由于变压器存储的能量全部被电阻Rr所消耗 结果成了无用功 采用复位绕组N3 可以实现能量的回收 由于复位绕组N3的端电压被嵌位为输入电压Vin 那么初级绕组Np产生复位电压Vr为 Vr Np Vin Nr只要减少复位绕组的匝数 即可使Vr上升 从而在很短的时间tr内完成变压器复位 由于MOS管和二极管的耐压条件有限 一般取Vr Vin 因此Np Nr 8 正激式变压器的设计 正激式变压器上与反激式差不多 只是增加了一组磁芯复位绕组 这里的N3和圆边绕组匝数相同即可 正激式变压器输出的特点是 输出变压器初级和次级的极性相同 开关管ON期间 向输出一侧传输电能 次级整流电路采用扼流线圈输入型平均值整流方式 9 变压器的参数计算1 计算工作周期 T 1 f这里的 f 开关的工作周期 最大导通时间 Tonmax T Dmax这里的 对于正激式 Dmax 0 4 0 45较好 一般取0 42 变压器的次级电压计算 Voutmin Vout VL VD T TonVoutmin 次级最小输出电压 V Vout 输出电压 一般是给定值 VL 输出电感压降 一般取0 2V VD 输出整流二极管压降 0 5 0 8V 10 变压器的参数计算2 变压器的匝比计算 一般要把交流换算成直流才计算 Vinmin dc Vacmin 1 4 0 9所以变压器的匝比 N Voutmin Vinmin变压器的次级匝数计算 Ns Voutmin Tonmax 104 Bmax Ae Bmax 最大工作磁通密度 取Bsat 2 Bmax Ae 磁芯有效截面积 mm2 变压器的初级匝数计算 Np Vinmin Tonmax 104 Bmax Ae 11 变压器的参数计算3 变压器的电感量计算 L Np2 AL 106 uH 这里的 AL 电感量系数 磁芯的选择 AP Ae Ac Pt 106 2 Bmax d Km Kc这里的 计算出AP值后 选磁芯时要选用2倍以上才可以 Bmax 最大工作磁通密度 取Bsat 2 Bmax T Pt 输出功率的平均值 W d 导线的载流能力 5A mm2 Km 窗口的填充系数 0 2 0 4 Kc 磁芯的填充系数 铁氧体为1 计算出来的AP值 再选用Ae时要稍大一些 12 输出滤波器的计算 扼流圈的计算 IL Voutmin Vd Vout Tonmax L一般 IL取输出电流Iout的10 30 我们一般取20 所以得 L Voutmin Vd Vout Tonmax IL计算线径时可以按5A mm2 输出电容的计算 一般输出纹波