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1、反激式变换电路n其主要特点是: 电路简单、能够提供多路数出;但其纹波很大、必须在电路上加一LC滤波。n反激式电源一般用在手机充电器、笔记本适配器及手持式电动玩具中,也就是说大部分在150W以内的电源中广泛应用。n其原理图见下图:原理图输入部分电路图输入部分的组成n输入部分主要由下列几部分组成:1)保险丝F1(3A/250V)、热敏电阻N1(5D-9)、压敏电阻ZN1(7D471K)、共模电感L1(22mH/2A)、整流二极管BD1BD4(1N5399)和C6(47U/400V)组成。n主要示意图见上图反激拓扑输入电路设计说明n输入整流器: 在选择整流器是应注意下面一些重要参数:1)最大正向整流
2、电流:它主要由输出功率决定,所以整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。2)峰值反向截止电压:由于整流器处在高电压的环境中,它必须有较高的反向截止电压,一般应为600V以上。3)能承受较高的浪涌电流能力:浪涌电流是由开关管导通时的峰值电流所产生的。反激拓扑输入电路设计0 正确的选择电容很重要,它影响输出端的低频纹波和输出电压保持时间这两个参数。 计算滤波电容的公式如下: C=It /V这里的C:电容值(F); I:负载电流(A); t:电容提供电流的时间(s); V:允许的纹波电压(V)。 反激拓扑输入电路设计1这里也给出与上面公式不一样求C值的公式: 按经验值:C=(400600)Id
3、c(单位:uF) 这里的Idc:输入直流的峰值一般很多人默认为Ip不过大部分工程师还是采用课本p37页的电容选取方法: 510W 4.710UF 1050W 23UF/W 50100W 2.53.5UF/W 大于100W 取2UF/W安规器件的要求安规器件的要求X、Y电容电容n用于AC/DC一次侧的X、Y电容必须是安规电容,必须有欧洲和UL认证;nX、Y电容必须满足使用的电压要求;nX、Y电容必须满足温度要求;安规器件的要求安规器件的要求X、Y电容电容nY电容的等级分类安规电容额定电压冲击电压Y1250V8.0KVY2150V150V 250V/Y42.5KV4.0KV4.0KV高峰值脉冲电压
4、X22.52.5KVKV普通X31.21.2KVKV普通反激拓扑输入电路设计2n对于小电源来说安规电容很有讲究的。一般是不超过国标为依据。也就是有漏电流的限制,一般经验是一个472/250VAC大概为1.5mA的漏电流。n放电电阻的设计: R=t/2.21C这里的,t:交流的电源的频率,在50Hz时为2ms; C:与电阻并联的电容的值,取国际单位。输入保护器件n浪涌电流: 浪涌电流主要由纹波电容充电引起的,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流呈现很低的阻抗,就是电容的ESR值,如不采取一些措施,浪涌电流可能到几百安培。 通常采用负温度系数(NTC)的热敏电阻以增加阻抗,把浪涌电流减小到安全值。它
5、主要特性是温度上升,阻抗下降。n输入瞬间电压保护:电源的核心部分设计1n它主要由KA3844与周围的元器件组成,IC资料已在前面几章节有说明。这里重点是计算其周围元器件,具体详细部分请看下面的原理图。n启动电阻: 当电源的VCC小于16V时,3844整个电路消耗的电流为1mA,再考虑外围元件的消耗约为0.8mA,所以启动消耗的电流为: Io=1+0.8=1.8mA启动电阻:R=(Vinmin-Vcc)/Io这里的,Vinmin:输入最小的直流电压,V; Vcc:3844启动的最小电压,这里为18V;功耗:P=Io2R(功率尽量取大一点)PWM控制部分原理电源的核心部分设计2n启动电容: 在启动
6、完成后,3844所消耗的能量将随着MOS管的驱动增加至100mA左右,该能量由启动电容上储存的能量来提供,这时电容上的电压会发生跌落,当电容电压跌落到10V以上,3844仍能工作,辅助绕组实现自馈电的时间由Ton来决定: C=(IoTon)/ Vcc这里的,Io:应为MOS管的消耗电流100mA; Vcc:电源的跌落电压,VCC-10V; Ton:电源的开通时间;n此部分的其他元器件设计已在上面章节说明功率开关管的选择n小功率的开关管的可靠性决定了整个电源的稳定性。一般MOS管的选择主要是Vds和Ids这两参数可以决定一个开关电源的性能nVds一般取输入电压(直流)的1.52倍,同时还要留有足
7、够的余量,否则尖峰电压最易使MOS管击穿;nIds选择也至关重要,一般取Ip值的35倍。在有条件的情况下尽量取大一点。n同时还要考虑MOS管的一些重要参数,例如Ciss、Coss、Tr等,看下图K2645的参数。K2645参数电源的缓冲保护部分n此部分电路主要由C7、R2和D1组成:缓冲保护电路设计1n此部分电路主要用于限制高频变压器漏感引起的尖峰电压,它产生在MOS管由饱和转向关断的过程中,漏感中的能量通过D向C充电,C上的电压可能冲到反电动势与漏感电压的叠加值,即:Vrest+ Vpp。n放电电容: C的作用则是将该部分的能量吸收掉,其容量由下式决定: C=(LeIsc2)/( Vrest
8、+ Vpp )2- Vrest2这里的, Le:漏感,单端反激一般为40100uH,低于40uH可不考虑,一般取50uH计算; Vrest:反电动势,其值为120V;Vpp:漏感电动势的峰值,其值约为100V; Isc:短路保护时变压器初级线圈流过的最大电流。缓冲保护电路设计2n放电电阻: 在变压器下半周期由截至变为导通时,C上的能量经R来释放,直到C上的电压降到下次MOS管关断之前的反电动势Vrest,在放电的过程中,漏感电动势Vpp是不变的,通过放电常数R、C和变压器关断时间的关系,可以求得R的值,可以按周期T的63%计算: RC=0.63T( Vrest+ Vpp )/ Vpp这里的,T
9、=1/f f:为变压器的工作频率。所以:R=0.63 ( Vrest+ Vpp )/ (Vpp f C)其功耗为:P= LeIsc2f/2 由于D和C上都有能量消耗,而且放电时间可能要短,所以该电阻的实际功耗可按计算值的一半考虑。 P(实际)=P(计算值)/2开关的反馈调整电路原理n反馈电路一般由光电耦合器组成,完成的主要作用是隔离和控制输出回路,使之更稳定和可靠。n本电路采用电压环进行闭环调节实现输出电压的稳定,选用PC817作为输出采样、反馈信号、输出驱动,一方面起隔离作用,另一方面光耦的发光二极管是电流时电流驱动器件,可以形成电流环路的传输形式,同时是低阻抗的,对噪声不敏感。可以提高可抗
10、干扰能力,同时对电磁干扰也有抑制作用。开关反馈调整电路开关的反馈调整电路图解说明n此电路中的R11主要起分流作用,保护光耦中的发光二极管;nR12和C12主要起补偿作用,补偿温度不稳定和漂移。输出滤波电感设计n首先要选好的磁芯,可使用钼镍合金材料的磁环,也可使用铁氧体材料制作;n最小输出电感: Lin=(Vinmax-Vout)Ton(est)/1.4Iout(min)这里的:Iout(min):输出端的负载最小电流; Vinmax:估计的最大输入电压(输出电感上);Ton(est):开关管的导通时间,1/f的30%比较合适。 作业题:请设计一款手机充电器的电源,要求: 1、输入:90265V(AC);2、输出:5V,2A;3、稳波要求控制在0.5%;4、输入/输出3750V(AC)。