Word版可编辑-反激开关电源开发设计文档精心整理.docx

设计描述（包括产品主要功能、性能、技术指标、主要结构等）：一、 项目概述： 实现小休积高效率的小功率输出开关电源二、项目原则：实现较小的空载功耗，高效率的输出 反激式转换器的优点有: 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求. 2. 转换效率高,损失小. 3. 变压器匝数比值较小. 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,可实现交流输入在 85265V 间.无需切换而达到稳定输出的要求. 反激式转换器的缺点有: 1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下. 2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大.3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于 CCM / DCM 两种模式,故变压器在设计时较困难反复调整 . CCM DCM 二、 详细设计方案1、 总体构成 根据产品的功能初步把产品包含这几大模块。 反馈 市电电源 实现输入85AVC-250VAC输出6V 130MA的电源。 整流电路 对于输出功率小于等于1 W的设计，使用半波整流时成本最低；通过在低压返回端增加第二个二极管的方法，可以改善半波整流设计的EMI性能。同时在做差模雷击测试时，由于电压被两个二极管所分担，使雷击测试的耐压值提高了一倍 逆变部分 逆变部分原理 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件当 初 级 线 圈中通有 交流电流 时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流） 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈 1. 开关开通，变压器初级电感电流在输入电压的作用下线性上升，储存能量。2. 开关关断，初级电流被关断，由于电感电流不能突变，电感电压反向（为上负下正），变压器初级感应到次级，次级二极管正向偏置导通，给C充电和向负载提供能量！3. 开始下个周期。以上假设C的容量足够大，在二极管关断期间（开关开通期间）给负载提供能量！ 高频变压器部分 储能能力反激式变压器磁芯只工作在第一象限磁滞回线,磁芯在交、直流作用下的 B.H 效果与 AIR GAP 大小有密切关联,在交流电流下气隙对Bac 无改变效果,但对Hac 将大大增加,这是有利的一面,可有效地减小磁芯的有效磁导率和减少原边绕组的电感. 在直流电流下气隙的加入可使CORE承受更加大的直流电流去产生HDC,而BDC却维持不变,因此在大的直流偏置下可有效地防止磁芯饱和,这对能量的储存与传递都是有利的. 当反激变压器工作于CCM时,有相当大的直流成份,这时就必须有气隙. 外加的伏秒值,匝数和磁芯面积决定了B轴上Bac值; 直流的平均电流值,匝数和磁路长度决定了H轴上HDC值的位置. Bac对应了Hac值的范围.可以看出,气隙大Hac就大. 如此,就必须有足够的磁芯气隙来防止饱和状态并平稳直流成分. H = I*N / L变压器磁芯的选择一、选择磁芯材料选择磁芯 CORE 材质应考虑高磁通密度Bs,低损耗和高i磁导率的材质并结合脉冲变压器的工作频率在此100Khz应选用 Ferrite Core铁氧体磁芯, 以 TDK公司的 PC40或PC44，在此选择PC44使用较为广泛。(磁导率) i= 2400 (单位体积磁心损耗）Pvc = 300KW/m2 在100KHZ ,B=0.2T,100(饱合磁通密度) Bs = 390mT在H=1194A/m，H = I*N/L(剩余磁通密度) Br = 60mT 100 （居里温度） Tc = 215 高频变压器工作频率和磁芯材料 2、 确定B 磁密度工作范围。为了防止高频变压器出现瞬态磁饱和效应，降低B来设计。B = 60%Bm, 即B = 0.6 * (390 - 60) = 198mT =0.2 T3、 选择磁芯尺寸和规格参数 磁芯材料 采用AP法AP = AW * Ae =(Pt*104)/(2B*fs*J*Ku)AE为磁芯的有效面积，AW 磁芯窗口面积Pt = Po / +Po 传递功率J : 电流密度 A / cm2 (300500) 一般取420Ku: 绕组系数 0.2 0.5 导线直径小于0.2 mm或多股并绕及绕组数大于3时取0.2Fs: 开关频率（HZ）, AP单位(cm4)计算的AP值查表 TDK公司的手册确定规格尺寸4、 确定初次级匝数比n = VIN(min)/ (Vo + Vf) * Dmax/ (1-Dmax) VIN(min):最小输入直流电压 ; Dmax 最大占空比，此芯片60%Vo :输出直流电压Vf :二极管正向导通电压输出加滤波电感也要考虑计算最大的占空比D max = n (Vo +Vf) / VINmin+ n (Vo + Vf) 利用新的数值计算n 计算D max ，新值不能超过60% 否则下调占空比 五、 初級峰值電流計算 工作于临界状态时(IP1=0)，工作CCM经验值Ip2=(2-3)Ip1 Ip1对应最低输入电流 ，Ip2对应最高峰值电流，Iavg=(Ip1+Ip2)Dmax/2Pout/=VINmin*Iavg=VINmin*(Ip1+Ip2)Dmax/2 Ip1+Ip2=2(Pout/)/（VINmin*Dmax）输出功率为Pout电源效率为Dmax:占空比 Ip=2Pout/VIN(min)*Dmax (用于粗估算) POUT :输出功率 六、初极电感量 Dmax :最大占空比,fs:开关频率,Ip:峰值电流 （标准单位） 在Ton内电流的变化量I=Ip2-Ip1 （公式1,2本质一样，此公式考虑CCM连续工作模式，DCM则Ip1=0） 根据(VINmin/LP)*Ton=I LP=VINmin*Ton/I I ：峰值电流变化量, Ton : 开启时间 七、确定初级匝数NP NP=Lp*Ip/B*Ae (标准公式,所有单位换算成标准单位) LP就是上边算得初级电感量,IP为初级峰值电流 ,AE为磁芯的有效面积 (Bw 磁通，AE单位换算成平方cm,乘10的4次幂) 八、确定次极匝数NS（初/次） (NP 初级匝数，n匝数比) 本质和1公式一样NS=(Vo+Vd)*(1-D)*NP/VINmin*Dmax式中Vo为输出电压Vd为二极管管压降Dmax为占空比NP为初级匝数VINmin为最低输入电压八、辅助绕组匝数 （输出没有加虑波电感VL不参于计算） Vb辅助绕组输出电压，Vbd 、Vd二极管压降，Vout 次级输出电压 Va = (Vo + Vf) / Ns 单位V/Ts （每匝伏特数Va）Vo次级输出电压 Nvcc = (Vcc + Vf) / Va Vcc辅助绕组电压DC,Vf二极管压降九、气隙长度的计算 Lg 单位cm， Lp 单位H， Ae 单位cm2，Np初级线圈匝数，排=3.1410、 重新计算最大最小占空比，和设计要求一至，有的芯片占空比10%-60% 1、当输入最小电压Vindcmin 2、当输入最高电压Vindcmax 3、重新计算磁通密度 Lp 单位uH， Ip 初级峰值电流单位A， Np 单位N(匝)，Ae 单位cm2 Bmax 1 T = 10000 Gs，GUASS高斯11、 计算集肤深度和导线线径，多根导线并绕线径 1、 25度时公式,在导线100度时7.6 fs 单位Hz，单位cm 2、 Iprms(A)= Po / / VIN(min)（Iprms有效值） J电流密度 4-5A/mm2,一般取4，线比较多可取5 线径D大于两倍集肤深度，采用多根线或利兹线，小于两倍集肤深度侧不需要用多根。 3、多根细导线每根线径的计算公式： 例如用两根导线代替一根,注意截面积之和要大于等于单根导线的截面积. 集肤深度与频率关系十二、 估算损耗、温升 1 求出各绕组之线长. 2 求出各绕组之阻抗 100 3 求各绕组之损耗功率 （电流用有效值） 4 加总各绕组