正激式电源原理设计PPT学习课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,正激式电源概述,一般,DC/DC,模块电源，功率级一般从几瓦到几十瓦，输出电压从几伏至上百伏，对于几十瓦的电源，一般以低压大电流为主，有,5V/10A,、,5V/6A,、,3.3V/8A,等规格，效率一般在,80,左右（具体视输出电压大小可以按要求设计）。因为模块电源要求,MTBF,（平均无故障时间）,1000000,小时以上，所以要尽量避免使用电解电容，最好使用陶瓷电容。陶瓷电容容量不大，具有非常好的高频特性。此外，,DC/DC,模块电源的厚度要求小于,12.7mm,，所以对变压器的要求高，磁芯必须具有扁平的形状和在高频情况下具有较小的损耗因子。,1,磁性材料选择说明,通常选用的芯材有,TDK,的,PC40/44,、,PC50,或菲利浦的,3F3,、,3F4,，国产的如金宁,R2KD,、,R2KBD,、,R2KB1,还有南京新康达,HP2,、,HP3,等。形状以罐型为主，因为罐型磁芯具有较好的屏蔽，,EMI,中的棘手问题,辐射也就好解决得多了。同时不能使局部温度太高，必须均衡放置发热元件，另外还要求较低的纹波和较高的效率等，所有这些挑战使得采用正激式必较合适。,2,电路原理的框图,3,正激式电路工作原理,1,一般正激式上图所示为单端正激式电路，它犹如带变压器的,Buck,型变换器。输出电压,UO,由,N2/N1,、占空比,D,和输入电压确定，即：,Uo=,（,Ns/Np,）,D,U,in,。当,PWM,控制器输出正脉冲，功率开关导通，变压器的初级绕组流过电流，此电流由两部分组成：第一部分为磁化电流，即流经等效开环电感上的电流；第二部份是与输出电流等效的初级电流，它和初次级匝比成反比，和输出电流成正比。,4,正激式电路工作原理,2,储存在电感上的能量必须在功率开关关断后下一次开启前泄放掉，以便使磁通复位。,N3,即为去磁绕组，一般,N3=N1,。,如果设计一个,36V,至,72V,直流输入、,5V/6A,输出的模块电源，当去磁绕组与初级绕组的匝比为,1,时，,Udsr=72V,72V144V,。选用反峰,Uds,为,200V,的,IRF630,场效应管，仅有,50V,的裕量用于承受异常时和叠加在此电压上的尖峰脉冲。场效应管的,Rds,与允许的,Udsr,成反比，如,IRF630,的,Rds,是,0.4,而耐压为,100V,的同系列产品,IRF530N,为,0.11,。很显然，对宽范围输入的电源设计选用高耐压的场效应管（最高输入直流电压,Uimax2,使用）仅仅是为了对付高端输入有点不太经济。,5,变压器复位电路,6,变压器复位电路分析,上图中，若开关晶体管,Tr1,截至，则变压器,Np,绕组产生反向电动势，二极管,Dr,导通，同时对,Cr,充电，,Rr,与,Cr,并联，Cr,上的电荷被,Rr,消耗。,变压器实现复位的条件是,Rr,所消耗的功率等于变压器所储存的能量，设,Cr,的电压为,Vr,，则：,Vr=,（,Rrf/2Lp,）,VinTon,设变压器复位时间为,tr,，则复位条件为：,VinTon=Vrtr,，同时复位的动作必须在,Tr1,的,OFF,期间内结束，那么绝对条件就是：,trToff,可见,Rr,过大，复位电压,Vr,将迅速上升，复位要在很短的时间内完成，同时取,Vr=Vin,。,7,采用变压器绕组复位电路,上述,RDC,复位电路，由于变压器存储的能量全部被电阻,Rr,所消耗，结果成了无用功。采用复位绕组,N3,，可以实现能量的回收。,由于复位绕组,N3,的端电压被嵌位为输入电压,Vin,，那么初级绕组,Np,产生复位电压,Vr,为：,Vr=NpVin/Nr,只要减少复位绕组的匝数，即可使,Vr,上升，从而在很短的时间,tr,内完成变压器复位。,由于,MOS,管和二极管的耐压条件有限，一般取,Vr=Vin,，因此,Np=Nr,。,8,正激式变压器的设计,正激式变压器上与反激式差不多，只是增加了一组磁芯复位绕组，这里的,N3,和圆边绕组匝数相同即可。,正激式变压器输出的特点是：,输出变压器初级和次级的极性相同，开关管,ON,期间，向输出一侧传输电能。,次级整流电路采用扼流线圈输入型平均值整流方式。,9,变压器的参数计算,1,计算工作周期：,T=1/f,这里的，,f,：开关的工作周期；,最大导通时间：,Tonmax=TDmax,这里的，对于正激式，,Dmax,：,0.40.45,较好，一般取,0.42,；,变压器的次级电压计算：,Voutmin=,（,Vout+V,L,+V,D,）,T/Ton,Voutmin,：次级最小输出电压，,V,；,Vout,：输出电压，一般是给定值；,V,L,：输出电感压降，一般取,0.2V,；,V,D,：输出整流二极管压降，,0.50.8V,；,10,变压器的参数计算,2,变压器的匝比计算：,一般要把交流换算成直流才计算：,Vinmin,（,dc)=Vacmin1.40.9,所以变压器的匝比：,N=Voutmin/Vinmin,变压器的次级匝数计算：,Ns=,（,VoutminTonmax,）,10,4,/,（,BmaxAe,）,Bmax,：最大工作磁通密度，取,Bsat/2=Bmax,；,Ae,：磁芯有效截面积，,mm,2,；,变压器的初级匝数计算：,Np=,（,VinminTonmax,）,10,4,/,（,BmaxAe,）,11,变压器的参数计算,3,变压器的电感量计算：,L=Np,2,A,L,10,6,（,uH,）,这里的，,A,L,：电感量系数；,磁芯的选择：,AP=AeAc=Pt10,6,/2,BmaxdKmKc,这里的，（计算出,AP,值后，选磁芯时要选用,2,倍以上才可以）,Bmax,：最大工作磁通密度，取,Bsat/2=Bmax,，（,T,）；,Pt,：输出功率的平均值，（,W,）；,d,：导线的载流能力，（,5A/mm,2,）；,Km,：窗口的填充系数，,0.2,0.4,；,Kc,：磁芯的填充系数，铁氧体为,1,；,计算出来的,AP,值，再选用,Ae,时要稍大一些。,12,输出滤波器的计算,扼流圈的计算：,I,L,=,（,Voutmin-,（,Vd+Vout,）,Tonmax/L,一般,I,L,取输出电流,Iout,的,1030%,，我们一般取,20%,；,所以得：,L=,（,Voutmin-,（,Vd+Vout,）,Tonmax/I,L,计算线径时可以按,5A/mm,2,。,输出电容的计算：,一般输出纹波取,Vout,的（,0.30.5%,）,V,R,=,（,0.30.5,）,Vout/100,又因为：,V,R,=I,L,ESR,所以：,ESR=V,R,/I,L,这里就可以计算出电容的等效输出阻抗，也就是在一定的,f,下，查出,ESR,的值。,作业题：,请收集适合于正激式开关电源的,PWM,控制,IC,。,13,