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1、自我介绍姓名 ：陈天翼工作部门：电气事业部电源项目组从事工作：曾从事卤钨灯电源，低气压放电灯电源，高气压放电灯电源,LED驱动电源职业定向：专职于双D照明电源驱动HID/LED照明电源驱动器社会教育经历：20002000年复旦大学电光源系年复旦大学电光源系 荧光灯荧光灯驱动器系列研发实训驱动器系列研发实训 2005 2005年信息产业部电子五所年信息产业部电子五所 EMCEMC设计，测试，整改与认证专题设计，测试，整改与认证专题 整机可靠性设计与分析整机可靠性设计与分析 20062006年上海大学年上海大学 上海市物理学会第二届磁学研讨班上海市物理学会第二届磁学研讨班开关电源什么是开关电源？
2、通俗地说-电路中具有一个开关器件和一个能量转换器件的电源，就是开关电源。 开关可以是有触点，也可以是无触点。当开关在通断过程中，能量转换器件把电场能转换成磁场能，磁场能经线圈耦合后转换成电场能，最后把电能从一端转换到另一端供其他用电器使用。对于开关电源的最简单的拓扑电路必须满足下述三个条件：能量，开关，耦合器件。开关电源分类开关电源按电流种类的入出可分为开关电源按电流种类的入出可分为AC/DC, DC/DCAC/DC, DC/DC两大类两大类DC/DCDC/DC类开关电源类开关电源DC/DCDC/DC类开关电源是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流载波器类开关电源是将固定的直流电压
3、变换成可变的直流电压，也称为直流载波器按工作方式：一是脉宽调制方式按工作方式：一是脉宽调制方式T T不变改变调制频率不变改变调制频率t t；二是频率调制方式二是频率调制方式t t不变，改不变，改变变T T具体电路有以下几类：具体电路有以下几类：1 1 BuckBuck电路称为降压载波器，电路称为降压载波器，U0U0小于小于Ud,Ud,，极性入出相同极性入出相同2 2 BostBost电路称为升压载波器，电路称为升压载波器，U0U0大于大于Ud Ud ， 极性入出相同极性入出相同3 3 Buck-BostBuck-Bost降压或升压载波器降压或升压载波器 U0U0大于或小于大于或小于U dU d
4、极性入出相反，电感传输极性入出相反，电感传输4 4 Cuck Cuck 电路电路 降压或升压载波器降压或升压载波器 U0U0大于或小于大于或小于U dU d极性入出相反，电容传输极性入出相反，电容传输AC/DC AC/DC 变换器变换器AC/DCAC/DC变换器是将交流变换为直流，电路结构形式有多种变换器是将交流变换为直流，电路结构形式有多种1 1按驱动方式分，有自励式和他励式；按驱动方式分，有自励式和他励式；2 2按工作方式分，有单端正激和反激，推挽式，半桥式，全桥式，降压式，升压式和按工作方式分，有单端正激和反激，推挽式，半桥式，全桥式，降压式，升压式和升降压式等，升降压式等， 3 3 按
5、电路组成分按电路组成分 ，有谐振型和非谐振；，有谐振型和非谐振；4 4按控制方式分，有按控制方式分，有PWMPWM式，式，PFMPFM式，式，PWMPWM与与PFMPFM混合式；混合式；5 5按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分，有隔离式非隔离式和变压器耦合式，按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分，有隔离式非隔离式和变压器耦合式，光电耦合式光电耦合式开关电源拓扑SCH开关电源LED/HID驱动电源拓扑重点介绍单级APFC反激拓扑:离线式反激电源的设计涉及到很多电子工程方面的知识，包括模拟数字电路、双极性晶体管和MOSFET功率器件的特性、磁学、散热考虑、安全要求以及控制环路的稳定性等等。在
6、如此多的设计变量之间进行复杂的抉择是一项巨大的挑战。因此，即使对该领域专家级的工程师而言，开发一个新的离线式电源也常是枯燥乏味和费时的。本应用指南介绍了一种基于L6562的离线式电源的简单而高效的设计方法。关于单级APFC反激电源设计，我们从实例出发TBP-025C070SPA 25W700mA的LED恒流驱动电源来详细介绍单级APFC反激开关电源的设计：设计思路：由结果反推，即从输出参数-25W700mA反推整个单级APFC反激电路各个节点的设计参数，首先应用我们在学校学到公式：P=UI=IIR分别计算出LED灯的工作电压及等效电阻（即电子负载CR模式对应标称设定值)P=UI变形得到U=P/
7、I，即P=IIR变形得到R=P/I/I,即R=51 由此计算得出的电阻值可作出生产过程中调整TBP-025C070SPA的电子负载CR模式 定标值,并以此定标值R=51来调整批量生产TBP-025C070SPA过程中输出电流值. 同时生产老化过程中输出端的电阻负载也依此R=51定标值来选择,即选尽可能靠近该中心值的电阻负载R= 5050W 输入端电压由客户订单要求来决定,通常按下述三种方式定标: 一:欧洲/国家电网定标 165VAC265VAC 50/60Hz 二:北美电网定标 90VAC138VAC 50/60Hz 三:宽压定标 90VAC265VAC 50/60Hz 四:电源效率由客户要求
8、定标-85% 五:电源功率因数依据客户需求来定标0.95 由上述五个已知条件即可确定输入端最大有效电流值,计算公式Po/Vin/PF=Iin Po=输出功率(25W) Vin=最低输入电网电压 =电源转换效率 PF=电源功率因数 Iin=A 由上述一系列公式计算得到输入/输出端的电流值,即可依此电流借助工具查表得出所需要的漆包线线径值如下表: 输出端漆包线线径=0.51mm 输入端漆包线线径= TBP-025C070SPA SCH 由上述计算得出的输入,输出电流经查表后得到的漆包线线径值 输出端漆包线线径=0.51mm 输入端漆包线线径= 0.35mm 即可确定输入端L1 L2共模电感及差模电
9、感及T1中N1绕组所使用的漆包线线径和输出端T1中N2绕组 L3共模电感所使用的漆包线线径. 通过上述计算,漆包线线径确定下来后,下一步工作进入变压器的设计环节,对于变压器的设计与计算,公式那是相当地烦琐,要记的系列推导公式大家可以查阅相关工具书,在此给大家介绍一款工具包应用.在应用之前,先给大家讲讲变压器磁材方面的知识:高频变压器的作用就是前面所讲到的将输入端电网的电能传输到输出LED工作所消耗的电能,变压器传输能量的大小由下述因素制约:工作频率,磁芯的窗口面积 传统的工频变压器,它的工作频率已确定,它的传输功率主要决定于磁芯的窗口面积.本节所要讲的高频变压器得分两个先天条件来讲: 一:磁芯
10、的窗口面积已定,仅能改变工作频 率来提高功率传输值. 工作频率是定值时,功率传输值的大小仅能依靠磁芯的窗口面积的来决定.即磁芯的窗口面积越大,传输的功率就越大,即负载输出就越大. 对于单级APFC反激开关电源来讲,高频变压器的工作频率是一个变量,它的变化规律跟输入端电网电压成正比关系,即输入电压越高,工作频率就越高,因此在设计该类高频变压器时要死死扣住最低输入电网电压所对应的工作频率点,防止磁芯在正常工作过程发生磁饱和现象,杜绝电源因磁饱和烧机. 磁饱和究竟是怎么回事? 磁饱和现象得做一个简单实验来说明-即用一个固定圈线的线包,配上相应的磁芯,测量出室温状态的电感量值并记录下来,然后把整个装有
11、磁芯的被测件置于装有变压器油的烧杯中,采用均匀加温的方式进行升温,以10作为记录点(恒温3分钟记录感量),当温度上升到某一值时,线圈中的电感值突然变0或消失,这种现象即为磁饱和.同时对应的温度点就是磁材发生磁饱和的温度值磁芯的居里温度. 磁芯的居里温度跟磁芯的初始磁导率成反比关系-磁导率越高,居里温度越低.什么是磁饱和? 在上述实验中,我们不妨把70 到130 这一段的温度值连接起来,这条曲线越平滑,说明所选用的磁材性能越稳定. 为什么最大值选130 ,依据是什么-那就是漆包线QA-1的漆膜温度安全值,如果选用的是QZY-1,温度安全阀值是150 ,磁芯的温度曲线得从70 到150 进行连线.
12、 不同材质磁芯居里温度值- R2K-230 R2K3-220 R2K5-210 R5K-180 R10K-150 那么在高频变压器中磁饱和是如何发生的? 当线圈一定时,依据电阻率公式R=*L/S可知线圈的内阻也就确定下来了,当流径线圈的电流变大时,线圈本身产生热量就会变大,同时磁损也会跟着变大,线损,磁损叠加,最后以温度体现出来,当温度达到磁材的居里温度时,圈中的电感量突然消失,这就是所谓的磁饱和. 产生的后果:线包烧糊,整机不能正常工作或烧毁.如何设计高频变压器,在这里给大家推荐一款简单易懂的工具包(不嫌麻烦的可以采用公式推算),然后实验验证. 在下面这份EXCEL工具包中，背景色为绿色区域
13、是高频变压器设计输入参数窗口： 最低输入电压：依订单要求填入 最高输入电压：依订单要求填入 电网频率：依订单要求填入 输出电压：将计算所得值填入 输出电流：将恒流值填入 输出电压纹波： 最低开关频率：由设计者自主设定填入 变压器反射电压：由设计者自主设定填入 磁芯截面积（Ae）：查磁芯参数表就近填入 磁芯窗口面积（Aw）：查表所得值填入 将上述数值填入后，在计结果区域得到我们 想要高频变压器相关参数- 原边匝数，副边匝数，辅助绕组， MOS管最大峰值电压，Diode最大峰值电压 输出所需电容，变压器原边电感量， 变压器所需磁芯的AP值等等。在上表中知道了原边，副边匝数及线径，原边MOS参数值等
14、等，依依据据就就近近原原则则进进行查表验证即可。行查表验证即可。输出电流及输出电压的设定经过上述表格中一系列参数设定，通过公式运算后，得出变压器参数的设计，从而确定了高频变压器，至此高频变压器设计结束。结合TBP-025C070SPA 原理图进行输出端电流，输出电压最大值的设定。公式如下：Io=R2525/（R2525+R342342VO38O38/(R3232+R3838)系列保护功能,由APFC驱动芯片固有功能决定,由其是开环保护.具体保护调整如下:在原理图中光耦中发光二极管因某种原因停止在原理图中光耦中发光二极管因某种原因停止工作工作( (内置发光二极管不发光内置发光二极管不发光), )
15、,此时电源工作在此时电源工作在开环状态开环状态, ,如果没有开环功率限制或开环保护如果没有开环功率限制或开环保护, ,输出电压便会远远超出输出电压便会远远超出VOVO的设定值的设定值, ,POPO超标工超标工作作, ,输出端输出端LEDLED负载便会因过载而损坏负载便会因过载而损坏, ,输出电容输出电容会因过压而冒顶或直接爆炸会因过压而冒顶或直接爆炸. .对于图定芯片对于图定芯片L6562,L6562,开环功率限制制约于开环功率限制制约于R1R1阻阻值的大小值的大小, ,当选定当选定R1R1的值时的值时, ,能够满足开环功率能够满足开环功率限限制时制时, ,还需考虑整机在低压状态时电源输出电流
16、还需考虑整机在低压状态时电源输出电流值是否满足客户需求的恒流值值是否满足客户需求的恒流值. .只有二都兼得只有二都兼得, ,方方可定可定R1R1的值的值. .对于对于SN7530 SN7530 芯片本身具有开环保护功能芯片本身具有开环保护功能, ,R1R1选选取会相对容易一点取会相对容易一点, ,在设计时只需满足低压状态在设计时只需满足低压状态时电源输出电流的恒流值符合客户需求时电源输出电流的恒流值符合客户需求. .类似芯片还有昂宝的类似芯片还有昂宝的0303ACPACP等等等等当输出端短路时，对于当输出端短路时，对于SN7530SN7530及及0303ACPACP芯片而芯片而言，它们的第言，它们的第8 8脚具过压脚具过压保护，第保护，第4 4脚过流点电压脚过流点电压检测，当检测到电压值检测，当检测到电压值超过芯片内置阀值，保超过芯片内置阀值，保护电路动作并锁机。护电路动作并锁机。而对于而对于L6562L6562短路保护仅短路保护仅能以打嗝模式工作，短能以打嗝模式工作，短路视在功率在路视在功率在2 2W6WW6W之之间变化。间变化。磁芯AW值及AP值查照表TYPETYPETYPETYP
