開(kāi)關(guān)電源如何選擇合適主電路拓?fù)?AC-DC)

Word開(kāi)關(guān)電源如何選擇合適主電路拓?fù)?AC-DC)評(píng)估設(shè)計(jì)指標(biāo)

1、輸入?yún)?shù)：輸入電壓大小，交流還是直流，相數(shù)，頻率等。

國(guó)際電壓等級(jí)有單相120Vac，220Vac，230Vac等。國(guó)際通用的交流電壓范圍為85～265V。一般包括輸入電壓額定值及其變化范圍；

3kW以下功率常選用單相輸入，5kW以上選用三相輸入；

（工業(yè)）用電頻率一般為50Hz或者60Hz,航空航天電源、船舶用電為400Hz.

有無(wú)功率因數(shù)（PowerFactor)和諧波（TotalHarmonicsDistor（ti）on)指標(biāo)

2、輸出參數(shù)：輸出功率，輸出電壓，輸出（電流），紋波，穩(wěn)壓(穩(wěn)流)精度，調(diào)整率，動(dòng)態(tài)特性(穩(wěn)定時(shí)間：settlingtime)、（電源）的啟動(dòng)時(shí)間和保持時(shí)間。

輸出電壓：額定值＋調(diào)節(jié)范圍。輸出電壓的上限應(yīng)盡量靠近額定值，以避免不必要的過(guò)大的設(shè)計(jì)余量。

輸出電流：額定值＋過(guò)載倍數(shù)。有穩(wěn)流要求的還會(huì)指定調(diào)節(jié)范圍。有些電源不允許空載，因此還應(yīng)指定電流下限。

穩(wěn)壓穩(wěn)流精度：影響因素包括輸入電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，時(shí)效偏差?；鶞?zhǔn)源精度、（檢測(cè)）元件精度、（控制電路）中運(yùn)放的精度對(duì)穩(wěn)壓穩(wěn)流精度影響很大。

3、效率：額定輸入電壓與額定輸出電壓、額定輸出電流時(shí)輸出功率與輸入有功功率的比值。

損耗：與開(kāi)關(guān)頻率密切相關(guān)的損耗：開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，磁性元件的鐵損，吸收電路的損耗。

電路中的通態(tài)損耗：開(kāi)關(guān)器件的通態(tài)損耗，磁性元件的銅損，線路損耗。這部分損耗取決于電流。

其它損耗：控制電路損耗，（驅(qū)動(dòng)電路）的損耗等一般輸出電壓較高的電源的效率高于輸出電壓較低的電源。高輸出電壓的電源效率可達(dá)90％～95％的效率。大功率電路的效率可以比小功率電路的效率做得更高。

4、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率

電壓（源）調(diào)整率：電源調(diào)整率通常以額定負(fù)載條件下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率。如下列公式所示：Vo(max)-Vo(min)/Vo(normal)，或者規(guī)定其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對(duì)值以內(nèi)。

負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載調(diào)整率的定義為（開(kāi)關(guān)電源）於輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。或者輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓偏差量不得超過(guò)上下限絕對(duì)值。

測(cè)試方法：待測(cè)電源在正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定後，測(cè)量正常負(fù)載下的輸出電壓值，再分別測(cè)量輕載(Min)、重載(Max)負(fù)載下其輸出電壓值(分別為Vmax與Vmin)，負(fù)載調(diào)整率通常以正常固定輸入電壓下，由負(fù)載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示：V0(max)-V0(min)/V0(normal)

5、動(dòng)態(tài)特性：負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的變化

開(kāi)關(guān)電源通過(guò)反饋控制回路保證其輸出電壓穩(wěn)定，實(shí)際上反饋控制回路有一定的頻寬，因此限制了電源供應(yīng)器對(duì)負(fù)載電流變化時(shí)的反應(yīng)，可能引起開(kāi)關(guān)電源不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實(shí)際上，電源供應(yīng)器工作時(shí)的負(fù)載電流也是動(dòng)態(tài)變化的，因此動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試對(duì)電源供應(yīng)器而言是極為重要的。

可（編程）序（電子）負(fù)載可用來(lái)（模擬）電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)最惡劣的負(fù)載情況，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率、周期等，若電源供應(yīng)器在惡劣負(fù)載狀況下，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不產(chǎn)生過(guò)沖(Ove（rs）hoot)或過(guò)低(Undershoot)情形，否則會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓超過(guò)負(fù)載元件(如TTL電路其輸出瞬時(shí)電壓應(yīng)介於4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動(dòng)作)工作范圍。

6、電源啟動(dòng)時(shí)間(Set-UpTime)與保持時(shí)間(Hold-UpTime)

啟動(dòng)時(shí)間：指電源從輸入接上電源起到其輸出電壓上升到穩(wěn)壓范圍內(nèi)為止的時(shí)間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，啟動(dòng)時(shí)間為從電源開(kāi)機(jī)起到輸出電壓達(dá)到4.75V為止的時(shí)間。

保持時(shí)間：電源從切斷輸入電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外為止的時(shí)間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，保持時(shí)間為從關(guān)機(jī)起到輸出電壓低於4.75V為止的時(shí)間，一般值為10－20ms，以避免電力公司供電中由于短時(shí)電壓中斷（半個(gè)或一個(gè)電網(wǎng)電壓周期）時(shí)負(fù)載工作受到影響。

7、多路輸出電源的交叉調(diào)整率：

多輸出還需要考慮交叉調(diào)整率（C（ros）sRegulation）。

什么是交叉調(diào)整率？

一路輸出負(fù)載變化時(shí)，另一路輸出電壓的變化范圍。

提高交叉調(diào)整率的常規(guī)辦法：后級(jí)調(diào)整

如：小功率多路輸出Flyback

輸入電壓范圍90～264VAC，120-370V（DC）

輸入電流2.0A/115V1.1A/230V，輸入頻率：47～63HZ

沖擊電流冷啟動(dòng)電流20A/115V40A/230V

漏電流

–快恢復(fù)二極管

–計(jì)算二極管的耐壓

VD＝(Vdcmax*Ns/Np+Vo)*1.3

（六）、輸出濾波電容的選擇：

根據(jù)電流/電壓應(yīng)力，紋波要求，選擇電解電容。

（七）、RCD吸收電路

考慮問(wèn)題點(diǎn)：

1）吸收效果

2）損耗盡可能小

吸收效果與損耗之間折衷！

不僅對(duì)FLYback，所有存在R的吸收電路都同樣的設(shè)計(jì)原則。

損耗估算方法：

1）Psnuber=Vc2/R

MOSFET關(guān)斷時(shí),當(dāng)Vds超過(guò)RCD緩沖電路中的電容兩端的電壓VSN時(shí),緩沖二極管導(dǎo)通.尖峰電流被RCD電路吸收,從而削減了尖峰電流.緩沖電容一定要足夠大,才能保證在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電容兩端的電壓沒(méi)有顯著變化.但是吸收電容太大，也會(huì)增加緩沖電路的損耗。必須折中。

吸收電路消耗的電能可由下式計(jì)算得。則取電阻為3W的功率電阻，其阻值和電容值可由軟件計(jì)算得，如下圖

四、其他模式flyback設(shè)計(jì)

CCM/DCMFlyback設(shè)計(jì)

在功率較大時(shí)，如65W。為了降低低壓

輸入時(shí)的導(dǎo)通損耗，使低壓輸入時(shí)進(jìn)入CCM模式。（高壓）輸入時(shí)，DCM模式。

設(shè)計(jì)步驟與DCM模式相同，設(shè)計(jì)公式不同。

–計(jì)算原邊電感值公式不同

–計(jì)算匝比公式不同

–計(jì)算開(kāi)關(guān)管電壓、電流應(yīng)力不同

–計(jì)算二極管電壓、電流應(yīng)力不同

–計(jì)算輸出紋波不同

BoundaryCMFlyback

在母線電壓的變動(dòng)范圍內(nèi)，都是臨界模式。（變頻）與DCM設(shè)計(jì)步驟和方法模式一樣。

BCM/DCM優(yōu)點(diǎn)：

1）原邊開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通損耗小。

2）副邊二極管的反向恢復(fù)電流小。

3）反向恢復(fù)引起的共模噪聲小

4)二極管的電壓應(yīng)力小，宜選用低壓器件。

BCM模式的缺點(diǎn)：

1）原邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗大。

2）頻率變化，差模濾波器需要按照最低頻率設(shè)計(jì)。共模濾波器要按照較高頻率設(shè)計(jì)。

兩個(gè)條件使上面的缺點(diǎn)不再重要：

1）MOSFET器件的改進(jìn)，Rdson越來(lái)越小。使原邊的導(dǎo)通損耗占的總損耗的比重減小。

2）BCM使副邊的二極管的反向恢復(fù)引起的共模減小。

五、熱設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)管一般要加散熱器，散熱器和開(kāi)關(guān)管之間要加絕緣墊片和涂上散熱硅膠。

在大功率的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，一般還要安裝風(fēng)扇采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。

六、布線設(shè)計(jì)及EMI

各元器件的引腳特別是電容的引腳要盡量短，否則電容對(duì)高頻的