反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)培訓(xùn)教材-第二節(jié)43-PPT課件

1、1反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì) 培訓(xùn)教材第三章：關(guān)鍵元件參數(shù)選擇2019.10.182第三章：關(guān)鍵元件參數(shù)選擇一、開關(guān)電源主要元器件分類 開關(guān)電源元器件分無源器件和有源器件 、常見的無源電子器件 ：按照所擔(dān)當(dāng)?shù)碾娐饭δ芊譃殡娐奉惼骷?、連接類器件。 、電路類器件 二極管（diode） 電阻器（resistor） 電容器（capacitor） 電感（inductor） 變壓器（transformer） 繼電器（relay） 開關(guān)（switch） 保險(xiǎn)絲 （fuse）3、連接類器件連接器（connector）插座（shoket）連接電纜（line）印刷電路板（PCB）2、常見的有源器件有源器件可以分為分立器件

2、和集成電路兩大類、分立器件雙極型晶體三極管（ BJT ）、場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ Mosfet ）可控硅（thyristor），分單向和雙向可控硅、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、絕緣柵晶閘管MCT（在單向 可控硅的基礎(chǔ)上集成一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管）、靜電感應(yīng)晶體管SIT 靜電感應(yīng)晶閘管SITH、 集成電阻與電容4、模擬集成電路器件模擬集成電路器件是用來處理隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)的集成電路器件?；灸M集成電路器件一般包括：集成運(yùn)算放大器（operation amplifier），簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放比較器（comparator）對(duì)數(shù)和指數(shù)放大器模擬乘/除法器（multiplier/divider）模擬開關(guān)電

3、路（analog switch）PLL電路（phase lock loop），即鎖相環(huán)電路集成穩(wěn)壓器（voltage regulator）參考電源（reference source）波形發(fā)生器（waveform generator）功率放大器（power amplifier）5、數(shù)字集成電路器件基本邏輯門（logic gate circuit）觸發(fā)器（flipflop）寄存器（register）存儲(chǔ)器（storage ） 譯碼器（decoder）數(shù)據(jù)比較器（comparator）驅(qū)動(dòng)器（driver）計(jì)數(shù)器（counter）/與/轉(zhuǎn)換器：模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器可編程邏輯器件（PLD）微處理器（

4、microprocessor，MPU）單片機(jī)（Microcontroller，MCU）：?jiǎn)纹瑱C(jī)是事務(wù)密集型器件DSP器件（Digital signal processor，DSP）：DSP是運(yùn)算密 集型的器件6S012B系列原理圖7S024E系列原理圖8二、輸入過流保護(hù)元件參數(shù)選擇1、保險(xiǎn)絲的參數(shù)選擇，主要涉及下列幾個(gè)方面：標(biāo)稱工作電流：一般要大于正常工作電流的2倍標(biāo)稱工作電壓：要大于等于最大額定輸入電壓；熔斷額定容量（分?jǐn)嗄芰Γ喝蹟囝~定容量是保險(xiǎn)絲在額定電壓下能夠確實(shí)熔斷的最大許可電流。短路時(shí)，保險(xiǎn)絲中會(huì)通過比正常工作電流大的瞬時(shí)過載電流。安規(guī)測(cè)試要求保險(xiǎn)絲無爆裂或斷裂，并熔斷以消除短路故

5、障。熔斷時(shí)間：保險(xiǎn)絲按熔斷時(shí)間的長(zhǎng)短分為快斷型和慢斷型。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn), 當(dāng)輸入電流是保險(xiǎn)絲10倍額定電流時(shí),熔斷時(shí)間超過20毫秒的為慢斷,低于20毫秒的為快斷.選擇慢斷主要是為了當(dāng)電路中有浪涌或沖擊電流時(shí)，保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷。安規(guī)標(biāo)識(shí)：如3C、UL、VDE等MARK，做不同的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證時(shí)，保險(xiǎn)絲要有相應(yīng)的安規(guī)MARK，否則，要做隨機(jī)測(cè)試，將花費(fèi)很多費(fèi)用2、保險(xiǎn)絲繞線電阻的參數(shù)選擇 保險(xiǎn)電阻具有保護(hù)功能的電阻器。選用時(shí)應(yīng)考慮其雙重性能，根 據(jù)電路的具體要求選擇其阻值和功率等參數(shù)。既要保證它在過負(fù)荷時(shí)能快速熔斷，又要保 證它在正常條件下能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，電阻值太小或功率過大，均不能起到保護(hù)作用，但電阻值

6、太大，將增加損耗。保險(xiǎn)電阻重要參數(shù)主要是過功率熔斷時(shí)間、阻值和功率等參數(shù)。一般保險(xiǎn)電阻用在30W以下的電源上，例如一個(gè)輸出24W的電源，90Vac時(shí)的平均輸入電流是0.55A，假定用保險(xiǎn)絲的效率是80%，改用2.2保險(xiǎn)電阻后的效率將降為78.3%，對(duì)滿足能效的要求不利10三、防雷擊浪涌元件參數(shù)選擇1、壓敏電阻的參數(shù)選擇壓敏電阻是以氧化鋅為材料燒結(jié)而成的半導(dǎo)體限壓型浪涌吸收器件，主要用在產(chǎn)品的電源端口和信號(hào)端口的防雷保護(hù)。選用壓敏電阻時(shí)一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓（Vima）和通流容量?jī)蓚€(gè)參數(shù) 壓敏電壓；即擊穿電壓或閥值電壓指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻時(shí)測(cè)得的電壓值，

7、可根據(jù)需要正確選用。一般Vima 2 Vac （Vac是最大輸入交流電壓的有效值）如最大輸入電壓是264V則： Vima 2 Vac 1.414264373V；可選470V10%規(guī)格通流容量；指最大脈沖電流的峰值是在環(huán)境溫度25c在時(shí)規(guī)定的沖擊電流波形和沖擊次數(shù)而言，壓敏電阻的變化不超過10時(shí)的最大脈沖電流值。一般07D471K的通流容量可達(dá)1200A-1750A， 10D471K的通流容量可達(dá)2500A-3500A， 14D471K的通流容量可達(dá)4500A-6000A，圓片直徑越大，通流容量越大。根據(jù)雷擊參數(shù)要求合理選擇圓片直徑規(guī)格，如要求雷擊6KV，雷擊測(cè)試儀器內(nèi)阻2，則浪涌電流達(dá)3000

8、A，很明顯要選圓片直徑14mm規(guī)格的壓敏電阻。112、陶瓷氣體放電管陶瓷氣體放電管是防雷保護(hù)設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種開關(guān)器件，無論是交直流電源的防雷還是各種信號(hào)電路的防雷，都可以用它來將雷電流泄放入大地。其主要特點(diǎn)是：放電電流大，極間電容?。?pF），絕緣電阻高（109），擊穿電壓分散性較大（20%），反應(yīng)速度稍慢（最短為0.10.2s）。陶瓷氣體放電管的主要特性參數(shù)有： 直流擊穿電壓Vsdc：在放電管上施加100V/s的直流電壓時(shí)的擊穿電壓值。 脈沖（沖擊）擊穿電壓Vsi：在放電管上施加1kV/s的脈沖電壓時(shí)的擊穿電壓值。因反應(yīng)速度較慢，脈沖擊穿電壓要比直流擊穿電壓高得多。 沖擊放電電流Idi

9、：分為8/20s波（短波）和10/1000s波（長(zhǎng)波）沖擊放電電流兩種擊穿電壓和沖擊電流的選擇和壓敏電阻相同，需查規(guī)格書來選123、半導(dǎo)體放電管 半導(dǎo)體放電管具有精確的導(dǎo)通 電壓，快速的響應(yīng)速度，浪涌吸收能力強(qiáng)、電容值低，可雙向?qū)ΨQ擊穿、可靠性高。可控硅結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)越于氣體放電管、壓敏電阻及TVS二極管 ，納秒級(jí)反應(yīng)速度（1ns）； 廣泛應(yīng)用于通訊設(shè)備中等需要防雷保護(hù)的領(lǐng)域。13四、開機(jī)輸入沖擊電流的抑制 開機(jī)的瞬間產(chǎn)生的浪涌電流抑制主要用元件陶瓷負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，功率電阻，單向可控硅，繼電器等元件 熱敏電阻的參數(shù)選擇： 熱敏電阻主要有陶瓷正溫度系數(shù)熱敏電阻(PTC)、陶瓷負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻

10、(NTC)、高分子正溫度系數(shù)熱敏電阻(PPTC)等。在一定的測(cè)量功率下， NTC電阻值隨溫度上升而下降。利用這一特性，NTC 熱敏電阻可用來做溫度補(bǔ)償、溫度檢測(cè)、抑制浪涌電流元件。功率型低阻值 NTC在開關(guān)電源中主要用來抑制開機(jī)的瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，體積小阻值高的NTC在開關(guān)電源中主要用來過溫保護(hù)檢測(cè)元件和溫度補(bǔ)償元件。 選擇NTC，主要考慮NTC的零功率電阻值，最大穩(wěn)態(tài)電流()，最大穩(wěn)態(tài)電流時(shí)近似電阻值()，熱時(shí)間常數(shù)(S)。零功率電阻值大浪涌電流抑制效果好，但最大穩(wěn)態(tài)電流時(shí)的近似電阻值也大，當(dāng)輸入電流有效值比較大時(shí)，消耗的功率也多，對(duì)效率影響較大，14NTC的圓片直徑越大，能流過的電流也越

11、大，熱時(shí)間常數(shù)也越長(zhǎng)，例如：規(guī)格 直徑 零功率電阻 最大穩(wěn)態(tài)電流 穩(wěn)態(tài)電流時(shí)電阻 熱時(shí)間常數(shù)5D-7 7mm 5 2A 0.283 30S5D-9 9mm 5 3A 0.210 34S 5D-11 11mm 5 4A 0.156 45S3D-11 11mm 3 5A 0.100 43S15五、初級(jí)整流濾波元件選擇1、初級(jí)整流管的選擇（橋式整流） 耐壓：大于1.5倍最大輸入電壓峰值 最大電流：大于2倍初級(jí)電流有效值 初級(jí)電流有效值可按下式估算： Vrmsmin是最小輸入電壓有效值、是效率、PF是功率因數(shù)2、平滑濾波電解電容選擇 耐壓：要留至少5%的裕量 電容量：對(duì)于100-240V輸入電壓，一般

12、按輸出功率的數(shù)值的2倍 選取，對(duì)于230V輸入電壓，則按輸出功率的數(shù)值的1倍 選取，例如輸出15W，輸入100-240V時(shí)，電解電容選 33uF左右，輸入230V時(shí)，電解電容選15uF左右； 電容的選取還要滿足如下：輸出保持時(shí)間 10mS 115V 20mS 230V16六、次級(jí)整流濾波元件選擇1、次級(jí)整流管的選擇 耐壓：要留至少10%的裕量，即最大重復(fù)反向峰值電壓VRRM的90%以下 反向電壓Vf：反激電壓；Vr：漏感尖峰電壓 ；VinDCmin：最大峰值電壓；NP：初級(jí)匝數(shù)；Ns：次級(jí)匝數(shù)；Vo：輸出電壓； 最大平均電流：要小于規(guī)格書中標(biāo)示的最大平均整流電流I（AV）的一半以下。 反激電壓

13、的選擇主要是依據(jù)次級(jí)整流管和Mosfet的參數(shù)2、次級(jí)濾波電解電容的選擇：選高溫、高頻低阻抗、高紋波電流的規(guī)格品種 耐壓：要留至少20%的裕量； 電容量：按1A電流需要470uF-1000uF來選擇； 17七、開關(guān)管的選擇 耐壓：要留至少5%的裕量 Vf+VinDCMax+漏電感尖峰電壓95%V Mos 最大電流：大于2倍初級(jí)峰值電流 Id2Ip 溫升： 75（ 40環(huán)境）18八、磁性元件選擇 電磁元件對(duì)軟磁材料的選擇，根據(jù)不同的使用特性，有不同的要求。但是有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是要求軟磁材料損耗低。不管那一種電磁元件選擇軟磁材料，都把損耗作為一個(gè)主要指標(biāo)。軟磁材料的損耗包括渦流損耗、磁滯損耗和剩

14、余損耗，除了與材料的電阻率，寬度和厚度等材料本身的參數(shù)有關(guān)外，還與磁通在電磁元件中變化速度有關(guān)，也就是與工作頻率f和工作磁通Bm乘積有關(guān)。因此表示軟磁材料損耗的參數(shù)單位重量（或體積）的損耗P，都要標(biāo)明使用的工作頻率f和工作磁通密度Bm，Bm的單位用mT或GS，f的單位用Hz或kHz。變壓器是電源中第一個(gè)重要的電磁元件,它對(duì)軟磁材料的損耗特別關(guān)注,因此低損耗是軟磁材料發(fā)展的主要追求。 一般開關(guān)電源中的變壓器的磁芯要選擇B值高,i在2000-3000之間,矯頑力Hc小,磁芯損耗小,電阻率高的規(guī)格同時(shí)頻率高時(shí)要選擇磁芯損耗更小的規(guī)格,如TDK的PC44、天通的TP4A等. 從下圖的磁滯回線可看出,功

15、率磁芯要工作在B/H接近線性的區(qū)域，不能工作在H變化大，而B變化小的區(qū)域，否則,容易飽和，因?yàn)锽 變化越小，則越接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs值,越易飽和。19 作為開關(guān)管驅(qū)動(dòng)變壓器的磁芯，要求磁場(chǎng)強(qiáng)度從Hs變到0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度從Bs到Br變化比較小，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度從Br變到0時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化比較小，磁滯回線接近矩型，容易磁化、容易飽和，容易消磁，對(duì)改善開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形有利。 作為抑制EMI的磁珠，則要求磁場(chǎng)強(qiáng)度從Hs變到0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度從Bs到Br變化更小，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度從Br變到0時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度變化更小，磁滯回線更接近矩型，對(duì)于快速上升的電流，因初始時(shí)磁珠存在電感，電流稍微有延遲上升，當(dāng)磁珠很快飽和后，電

16、感為0，對(duì)電流的延遲作用消失。利用磁珠的這種特性，可以很好的降低電流變化率，抑制電流尖峰，從而抑制EMI。 作為儲(chǔ)能電感和差模噪音濾波器，要求磁路是開環(huán)的，即要有氣隙，不能工作在飽和狀態(tài)，否則,將失去儲(chǔ)能和濾波作用.如用磁粉芯(內(nèi)部固有氣隙)，工字形磁芯等，當(dāng)然也可用功率磁芯，只是中柱要磨氣隙。 作為共模濾波器磁芯,要求i值高,以便獲得高的共模電感量,同時(shí)希望有一點(diǎn)氣隙，則會(huì)有漏感存在，即差模電感分量會(huì)大一些，對(duì)差模噪音抑制效果明顯，通常，用UU型磁芯會(huì)比用相同的i值的磁環(huán)的EMI抑制效果好。用磁環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是溫升易處理，規(guī)格多,易于選擇,布局靈活一些。20主要軟磁材料 1、硅鋼 硅鋼是電源使用最

17、早的軟磁材料，它穩(wěn)定性好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，磁通密度高，成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)，而且批量之間性能差異小，是在工頻和中頻范圍內(nèi)使用量最大的軟磁材料。 現(xiàn)在的硅鋼，性能已有很大的改善，其使用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到20kHz以上，最高可達(dá)200kHz300kHz。2、軟磁鐵氧體 軟磁鐵氧體，由于具有電阻率高，批量生產(chǎn)容易，可制成各種形狀鐵心而且性能穩(wěn)定，成本低等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為在中、高頻電磁元件中大量使用的軟磁材料。軟磁鐵氧體和其他軟磁材料一樣，它的損耗包括磁滯損耗，渦流損耗和剩余損耗三部分。磁滯損耗和渦流損耗與工作磁通密度Bm和工作頻率f的乘積有關(guān)，當(dāng)f上升時(shí)，要保持損耗不迅速增加，Bm要相應(yīng)下降。渦流損耗與

18、電阻率成反比，但是也隨工作頻率f變化。在低于一定極限工作頻率時(shí)，比較高；f超過極限工作頻率，急劇下降。21 軟磁鐵氧體的性能與溫度有關(guān)，因此在給出它的性能參數(shù)時(shí)一定要標(biāo)明溫度值。例如有一種錳鋅鐵氧體的飽和磁通密度Bs，在100時(shí)只有25時(shí)的70。 3、高導(dǎo)磁合金（坡莫合金）（100000-500000GS） 高導(dǎo)磁合金是指初始導(dǎo)磁率和最大導(dǎo)磁率高的鐵鎳合金等，商品名稱大多數(shù)被叫做“坡莫合金”。除了高導(dǎo)磁率外，坡莫合金損耗比較低，特別是環(huán)境適應(yīng)性比較好，性能穩(wěn)定，雖然價(jià)格貴，但是仍然使用在要求較高的電源中。 坡莫合金主要種類是鐵鎳合金，根據(jù)電源的需要，已經(jīng)制定出各種各樣的坡莫合金帶材。有磁滯回線

19、為矩形的、非矩形的、線性的（恒導(dǎo)磁）材料?？梢攒堉瞥?.20mm至0.005mm(5m)厚度的各種規(guī)格。一般0.20mm厚的坡莫合金用于50Hz,0.005mm厚的坡莫合金用于500kHz1MHz，涵蓋了工頻，中頻至高頻整個(gè)頻率范圍 224、非晶和微晶合金 現(xiàn)在非晶合金軟磁材料有三種基本類型：（1）鐵基非晶合金，主要成分為鐵硅硼，飽和磁通密度高，工頻和中頻下?lián)p耗小，價(jià)格便宜，用于工頻和中頻電源領(lǐng)域。（2）鈷基非晶合金，主要成分為鈷鐵硅硼，磁導(dǎo)率高，中、高頻損耗低，價(jià)格貴，主要用于中、高頻領(lǐng)域。（3）鐵鎳基非晶合金，初始導(dǎo)磁率高，低頻下?lián)p耗低，可用于電 源中的檢測(cè)電磁元件和漏電開關(guān)用互感器。5、

20、鐵粉心材料 鐵粉心材料多年來被廣泛用于射頻（RF）領(lǐng)域中，現(xiàn)在它作為恒磁通功率磁元件大量地應(yīng)用在電力電子電路中。它內(nèi)部固有的分布?xì)庀妒顾浅＿m于做各種儲(chǔ)存能量的電感。在需要?dú)庀兜那闆r下，它還可以取代鐵氧體和鐵合金疊片的應(yīng)用，作為輸出濾波電感、功率因數(shù)校正電感、EMI/RFI應(yīng)用的電感鐵心，初始相對(duì)磁導(dǎo)率i在10100范圍內(nèi)，飽和磁通密度在（0.51.4）T之間，矯頑力Hc一般也不大，在（3.510）Oe左右。23九、箝位吸收電路（緩沖器電路）參數(shù)的選擇 箝位吸收電路有RCD、LCD、有源箝位吸收等電路形式。1、RCD箝位電路參數(shù)對(duì)反激變換器的性能有重要的影響。 R、C 取值要合適，選取不同R、C值時(shí)，箝位電容電壓波形不一樣。 當(dāng)C值大， R值小，或者C值小， R值大，此時(shí)RCD箝位電路都將成為反激變換器的死負(fù)載，消耗儲(chǔ)