開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南讀書筆記

1、開關(guān)電源設(shè)計(jì)流程 1.拓?fù)涞倪x擇 2.功率半導(dǎo)體器件(開關(guān)管的選擇 (1BJT :靠電流驅(qū)動(dòng)基極(max(minc B FE I I h ³B I 開通時(shí)的基極驅(qū)動(dòng)電流; (maxc I 預(yù)期的集電極最大電流;(可以查詢上面得表格計(jì)算出來 (minFE h 數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的晶體管最小直流放大倍數(shù)。在實(shí)際運(yùn)用中,恒基極電流驅(qū)動(dòng)用在中小功率和成本低的場合,而比例基極驅(qū)動(dòng)用在功率比較大的場合。(2MOSFET :靠電壓驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O (3IGBT功率開關(guān):用在輸入大于AC220V且功率大于1KW的場合。3.損耗估計(jì) 4.變壓器的設(shè)計(jì)(1磁芯尺寸選擇 W A為磁芯參數(shù),由磁芯生產(chǎn)廠家提供,設(shè)計(jì)者可以

2、根據(jù)計(jì)算的磁芯參數(shù)來a c選擇廠家的產(chǎn)品。根據(jù)不同的要求,有'a c net a c W A K W A ·=,然后根據(jù)計(jì)算的'a c W A 來選擇磁芯產(chǎn)品。(2繞組匝數(shù)確定 1正激式變壓器的繞組匝數(shù)設(shè)計(jì) A .一次繞組匝數(shù)確定(8max 10(4in nom pri cV N CGS fB A 用制=其中,max B 和c A 由磁芯數(shù)據(jù)手冊(cè)提供。 B .二次繞組匝數(shù)計(jì)算sec (minmax1.1(out fwd pri in V V N N V +=¶fwd V 預(yù)計(jì)輸出整流器的正向壓降 max¶預(yù)計(jì)最大占空比(0.95是個(gè)不錯(cuò)的估計(jì)值(m

3、inin V 輸入電壓最小值C .二次繞組第n 個(gè)的匝數(shù)計(jì)算(sec(1sec(11(out n D n out D V V N N V V +=+D V 預(yù)計(jì)輸出整流器正向壓降取最接近的整數(shù)匝數(shù)來繞制變壓器2反激式變壓器的繞組匝數(shù)設(shè)計(jì)A.一次繞組最大電感計(jì)算(minmaxin pri pk V L I f¶=這是一個(gè)最大電感值,是當(dāng)輸入電壓最小時(shí),系統(tǒng)仍然能夠輸出額定電壓,電感再小就不可能輸出額定電壓值了。B.氣隙長度估計(jì)28g 2max0.4l 10pri pkap c L I A B p 淮所有磁芯工作在單象限的場合都要加氣隙,上式采用的CGS 制。C.一次、二次繞組匝數(shù)的確定

4、磁芯制造廠商為氣隙長度提供了一個(gè)L A 參數(shù),這個(gè)參數(shù)是電感磁芯繞上1000匝后的數(shù)據(jù)(美國,可用下式計(jì)算一次匝數(shù): pri N =pri L 的單位為mH 如若廠商沒有提供L A 參數(shù),則可以用下面的式子來計(jì)算一次繞組的匝數(shù):max g (l 0.4ap actual pri pkB N I p =由一次繞組確定二次繞組可用下式計(jì)算:maxsec (min(max(1pri out fwd in N V V N V +-=¶最大占空比(max¶取50%是一個(gè)比較好的估計(jì)。5.濾波扼流圈的設(shè)計(jì)(正激式輸出濾波出電感(1正激式濾波扼流圈的設(shè)計(jì)該扼流圈即是正激式變壓器每個(gè)輸出端

5、上的濾波電感,為關(guān)斷開關(guān)管后儲(chǔ)存能量,電氣上的作用就是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。用鉬鎳鐵合金(mopermalloy 磁環(huán)制作電感。輸出所需的最小電感:(max(min (min(1.4in out on est out V V T L I -=(maxin V 對(duì)應(yīng)的輸出端上整流后的最高峰值電壓(on est T 在最大輸入電壓下,預(yù)計(jì)的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間。(1/op f 的30%是比較好的估計(jì)(minout I 預(yù)先知道的輸出端上的最小負(fù)載電流如果低于這個(gè)電感值,那么流過負(fù)載的電流就會(huì)發(fā)生斷續(xù)。 (2相互耦合的正激式濾波扼流圈的設(shè)計(jì)當(dāng)輸出電壓互補(bǔ)時(shí),可以把扼流圈做在同一個(gè)磁芯上,這樣可以節(jié)

6、省空間,提高輸出交叉調(diào)整性,減小紋波。磁芯選擇方法和參數(shù)計(jì)算方法與前一致。(3直流濾波扼流圈的設(shè)計(jì)A.用在輸出側(cè),進(jìn)一步抑制輸出電壓和紋波。B.用在輸入側(cè),作EMI 濾波器。 (4基極和柵極驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)A.隔直電容可以保證變壓器工作在雙象限,因此無需加氣隙B.鉗位電路C.圖騰柱驅(qū)動(dòng)加快開關(guān)管的響應(yīng)6.輸出級(jí)設(shè)計(jì)(1無源輸出級(jí)整流二極管反向電壓:21(max(/r in V k n n V > 正激式 21(max(/r in out V k n n V V >+ 反激式全波二次側(cè):k=1;中間有抽頭:k=2超快恢復(fù)二極管:正向壓降0.81.1V ,反向恢復(fù)時(shí)間3585ns肖特基

7、二極管:正向壓降0.30.6V ,反向恢復(fù)時(shí)間小于10ns ,最大反向阻斷電壓4050V ,導(dǎo)通后電壓穩(wěn)定性不好。 (2有源輸出級(jí)(同步整流器 功率MOSFET 整流器適用于電流連續(xù)模式的正激式變換器。 (3輸出濾波器設(shè)計(jì)輸出濾波器把整流以后的交流方波變換成直流輸出。輸出濾波電容的計(jì)算:(min (min(1out nom out ripple pk pk I C fV - =min ¶在高壓輸入和輕載時(shí)的最小占空比,30%是個(gè)比較好的估計(jì)。對(duì)于正激式變換器,紋波典型峰峰值為30mv ;升壓式變換器的典型值是峰峰值為150mv 。如果紋波還不理想,那么可以考慮在濾波電容后加直流濾波。

8、紋波估計(jì):(min2out av ripple pk pk V V -»¶此外,在布置PCB 時(shí),要盡量使濾波電容均勻地分布在輸出整流器周圍。 7.控制部分的選擇 (1控制簡述:電壓檢測(cè):電壓負(fù)反饋環(huán)電流檢測(cè):電流負(fù)反饋環(huán)(將采樣電流和參考電流均通過串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)化成電壓來實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)檢測(cè):在功率開關(guān)電流通過的路徑上串聯(lián)電流檢測(cè)電阻,電阻上的壓降代表通過功率器件的瞬時(shí)電流,然后將之輸入到快速模擬比較器上,比較大小后判定開關(guān)管的關(guān)斷與否,這樣子可以很好地保護(hù)功率開關(guān)管。 (2控制方法:總體來講,正激式拓?fù)溆秒妷盒涂刂?升壓式拓?fù)溆秒娏餍涂刂啤?8.電壓反饋電路設(shè)計(jì)核心:誤差放大器

9、高直流增益,很好的高頻響應(yīng)特性電阻分壓器設(shè)計(jì):單輸出反饋,檢測(cè)電流,參考電壓,上下臂電阻計(jì)算放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò):多輸出檢測(cè),電流分配反饋隔離設(shè)計(jì):光耦隔離(光隔離器,trrC,電磁隔離(變壓器?P709.啟動(dòng)和IC供電電路設(shè)計(jì)(1齊納分流管輔助電源 (2離線式電源自啟動(dòng)電路 (3過電流關(guān)斷電路 只有給功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路完全供電后,控制IC才能輸出開關(guān)信號(hào)。對(duì)于1/4W電路,額定損壞電壓是直流250V,1/2W是350V,有些情況考慮到電阻的安全工作,可以用幾個(gè)電阻串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。輸出端過電流保護(hù)電路:電流型控制,故障關(guān)斷型,恒電流限制方法輸出端過電壓保護(hù)電路:強(qiáng)制法,過電壓阻礙法. ? p75,p7610.輸入整流器濾波器設(shè)計(jì) (1整流二極管的選擇 (2輸入濾波電容參數(shù)的計(jì)算(2(min(0.3in av in in in ripple pk pk P C f V V -=交流離線式變換器:紋波電壓一般為輸入交流峰值的5%8% DC-DC 變換器:紋波電壓峰峰值設(shè)計(jì)為0.10.5 (3電容的額定電壓 離線式:(1.8w in RMS V V ³ DC-DC :(max