第一講開關(guān)電源設(shè)計(jì)

第一講開關(guān)電源設(shè)計(jì)第1頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AC/DC開關(guān)電源常用的主電路結(jié)構(gòu)：?jiǎn)味朔醇な介_關(guān)電源單端正激式開關(guān)電源半橋式開關(guān)電源全橋式開關(guān)電源推拉式開關(guān)電源開關(guān)電源的控制方式：電壓型PWM控制電流型PWM控制

MCU、ＡＳＩＣ或DSP控制第2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B、AC/DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)一、AC/DC開關(guān)電源常用電路結(jié)構(gòu)1、單端反激式開關(guān)電源當(dāng)負(fù)載為零時(shí)（即開路），輸出電壓U0

∞,這種情況不允許出現(xiàn)，故反激式開關(guān)電源輸出端必須接一個(gè)假電阻負(fù)載，如接1個(gè)100K?電阻。輸出電壓：第3頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、單端正激式開關(guān)電源第4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、半橋開關(guān)電源設(shè)計(jì)輸出電壓：，如負(fù)載開路，則：第5頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4、全橋開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓為：當(dāng)負(fù)載開路，則輸出電壓極限值為：

第6頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、推換式開關(guān)電源當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓為：當(dāng)負(fù)載開路，則輸出電壓極限值為：第7頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、PWM控制芯片介紹目前AC/DC常用的控制芯片有電壓式和電流式兩種。1、電壓式典型芯片有：TL494第8頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第12頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、電流型PWM控制器第13頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第14頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第16頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第18頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例一、AC/DC單路輸出15W開關(guān)電源設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求已知條件：輸入電壓AC：85—265V輸出功率PO=15W

輸出電壓：7.5V額定輸出電流：2A

輸出紋波電壓:≤１００mV1.2電路結(jié)構(gòu)選擇考慮到輸出功率較小，主電路可選擇單端反激式，為此選擇API（AdvancedPowerIntegration）公司的集成控制芯片TOP202。TOP202主要參數(shù)：

VDS=700V,DMAX=0.6，P=15W—30W,FS=100KHZ第19頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式輸出切勿開路?。?！第21頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3高頻變壓器設(shè)計(jì)A、計(jì)算最大和最小直流輸入電壓（加到變壓器初級(jí)）:Vmin=1.1×Vacmin=1.1×85=93VVmax=1.4142×Vacmax=1.4142×265=375VB、輸入電流平均值第22頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C、輸入電流峰值取1，DMAX取0.6D、輸入電流有效值第23頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月E、計(jì)算變壓器初級(jí)電感量第24頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

F、計(jì)算變壓器原副邊匝比計(jì)算ＮＰ需知道ＡL值，而ＡL由磁芯型號(hào)和尺寸決定．磁芯尺寸Ae可用平均功率估算:第25頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月選PC40錳鋅功率鐵氧體磁芯RM8。其飽和磁通密度BS在100℃下為390mT，有效截面積Ae=64mm2，電感系數(shù)第26頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由初級(jí)電感量LP估算原邊匝數(shù)：

考慮實(shí)際使用時(shí)變壓器須加氣隙，故單位匝數(shù)的電感量將下降,故可?。篘P=2×22=44匝第27頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月副邊實(shí)取3匝，則對(duì)應(yīng)原邊調(diào)整為15.3×3=46匝G、計(jì)算變壓器氣隙如果氣隙>1mm,則說明磁芯截面過大；如果氣隙＜０.20mm,說明磁芯截面過小。第28頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月H.變壓器磁飽和校驗(yàn)交流磁通產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度變化幅值：ΔＢac+ΔBdc=270+13.8=283.8<390mT,故磁芯工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生飽和．第29頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ｉ、變壓器線徑計(jì)算原邊線徑：副邊線徑：第30頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月１.４輸入整流橋計(jì)算由于輸入整流橋流過的最大峰值電流為０．６６７Ａ，故選擇２Ａ／６００Ｖ以上整流橋。１.５輸入濾波電容計(jì)算輸入濾波電容一般取輸出功率的１－２倍，故?。常硊F/400V第31頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.6、輸出濾波電容計(jì)算Dmin=Vinmax/實(shí)?。叮福皍F和１２０uF二只電容并聯(lián)，或用多只小電容并聯(lián)，以減少ＥＳＲ．第32頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月選擇２0A／３０V以上快恢或肖特基二極管如選IR公司的肖特基:20TQ04545V/20A，VFM=0.51V,TO-220AC如果要進(jìn)一步降低輸出整流管上損耗,可選用MOS管作同步整流,或者選用碳化硅肖特基二極管。1.7、輸出整流二極管選擇變壓器次級(jí)峰值電流：第33頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月１.８降低開關(guān)電源功耗的一些措施選用低導(dǎo)通電阻ＲＯＮ的ＭＯＳ功率管，ＲＯＮ越小，導(dǎo)通損耗越?。x用合適的驅(qū)動(dòng)電路，降低主開關(guān)管的開通和關(guān)斷損耗選用合適的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率越低，開關(guān)管和高頻變壓器的開關(guān)損耗就越小，當(dāng)然開關(guān)頻率應(yīng)在２０ＫＨＺ以上．輸出整流盡量選用肖特基二極管，并且耐壓不宜過高．輸出濾波電容盡量多只電容并聯(lián)，以降低電容器的ＥＳＲ．高頻變壓器的電感量適當(dāng)加大，以降低流過主回路的峰值電流．從而提高效率．原副邊線圈采用多股線．第34頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例二、AC/DC開關(guān)電源第35頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第36頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第38頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第39頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用NCP1053設(shè)計(jì)的4.3V/2A開關(guān)電源:第40頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例三、DC／ＤＣ數(shù)控開關(guān)電源設(shè)計(jì)1、

設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)輸出電壓步進(jìn)可調(diào)的數(shù)控電壓源，并由數(shù)碼管顯示其輸出值。具體要求如下：輸入電壓:３０Ｖ輸出電壓:2~20V，調(diào)節(jié)單位0.1V

輸出紋波電壓：<５０mV

輸出電流：1A

輸出電壓由數(shù)碼管顯示

“+”、“-”鍵分別控制輸出電壓的步進(jìn)增減具有輸出過流保護(hù)功能第41頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２、方案一采用線性穩(wěn)壓器本方案主要由線性可調(diào)三端穩(wěn)壓器ＬＭ３１７、單片機(jī)、數(shù)控電位器等組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：第42頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控電位器選擇：

這里IR=50μA

為使負(fù)載開路時(shí)，也能使輸出電壓穩(wěn)定，輸出靜態(tài)電流ＩＱ必須大于5mA。為此可得：

第43頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月＝故：第44頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)輸出=2V時(shí)，令ＲＷ＝０，代入上式可得R2值：當(dāng)輸出=20V時(shí)，可得：第45頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月所以ＲＷ=3.75Ｋ-0.15Ｋ=3.6Ｋ由于輸出電壓要求調(diào)節(jié)單位為0.1V，故2~20V需180個(gè)調(diào)節(jié)單位。為此可選４只１００級(jí)的數(shù)控可調(diào)電位器（型號(hào)為X9C102，其電阻值為１ＫΩ）串聯(lián)．?dāng)?shù)控電位器X9Ｃ1０2主要技術(shù)參數(shù):Vcc=5V,Ic=３mA，R=１k?，阻值位置掉電后保存端電壓－５Ｖ~＋５Ｖ，抽頭數(shù)１００，接口方式：按鍵式第46頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按鍵式3線控制：/CS/INCU/D

阻值LPulseH升LPulseL降H不變數(shù)控電位器控制接口和單片機(jī)Ｉ／Ｏ口連接，共需９-12根信號(hào)線。第47頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月３、方案二采用ＢＵＣＫ電路

前述方案由一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是效率太低，尤其當(dāng)輸出電壓為２Ｖ時(shí)，其系統(tǒng)效率最低。為了提高系統(tǒng)效率，可采用開關(guān)電路，如用ＢＵＣＫ電路實(shí)現(xiàn)，其電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。3.1單片機(jī)選擇考慮到BUCK電路開關(guān)頻率需20Khz以上，選用總線頻率高、并自身帶ＰＷＭ發(fā)生器的單片機(jī)較合適。具體選ＦＲＥＥＳＣＡＬＥ公司的ＭＣ９Ｓ０８ＳＨ８。選其內(nèi)置振蕩器工作方式，ＢＵＳ頻率調(diào)至最高２０ＭＨＺ，ＰＷＭ選９位，此時(shí)ＰＷＭ頻率可達(dá)５０ＫＨＺ第49頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)Ｉ／Ｏ分配：Ａ／Ｄ通道２路ＰＷＭ輸出１路“＋”、“－”按鍵２路ＬＥＤ或ＬＣＤ顯示１１根共用１６根Ｉ／Ｏ第52頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2驅(qū)動(dòng)電路在本系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電路起兩個(gè)作用，一是電平轉(zhuǎn)移，二是功率驅(qū)動(dòng)以降低開關(guān)管功率損耗。常用的驅(qū)動(dòng)芯片有ＩＲ、ＯＮＳＥＭＩ、ＳＴ、ＮＸＰ等公司生產(chǎn)，在本電路中可選用ＩＲ公司的ＩＲ２１１１。第53頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第54頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3ＬＥＤ顯示LED動(dòng)態(tài)掃描電路中三極管Ｑ１處于開關(guān)狀態(tài)，故：第55頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4主電路電感設(shè)計(jì)為使電流連續(xù)，臨界電感量為：３.５輸出濾波電容實(shí)取電感ＬＣ為１００uＨ．實(shí)取濾波電解電容E2為220UF/35V．第5