开关电源参数计算

1、1. 原理图 2. 技术指标(1输入电压:185V AC240VAC(2输出电压 1:+5VDC,额定电流 1A ,最小电流 750mA ; (3输出电压 2:+12VDC,额定电流 1A ,最小电流 100mA ; (4输出电压 3:-12VDC ,额定电流 1A ,最小电流 100mA ; (5输出电压 4:+24VDC,额定电流 1.5A ,最小电流 250mA ;(6输出电压纹波:+5V,±12V :最大 100mV (峰峰值 ; +24V:最大 250mV (峰峰值(7输出精度:+5V,±12V :最大± 5%; +24V:最大± 10%; (

2、8效率:大于 80% 3. 参数计算 (1输出功率:5V 112V 1224V 1.565out P A A A W =+= (3-1 (2输入功率:6581.2580%0.8out in P WP W = (3-2 (3直流输入电压: 采用单相桥式不可控整流电路(max240VAC 1.414=340VDCin V = (3-3 (min185VAC 1.414=262VDCin V = (3-4(4最大平均电流:(m a x (m i n 81. 250. 31262inin in P W I A V V= (3-5(5最小平均电流:(min(max81.250.24340in in in

3、 P WI A V = (3-6 (6峰值电流:可以采用下面两种方法计算,本文采用式(3-8的方法。(minmax (min(min225581.251.550.4262out out out Pk C in in in P P P WI I A V D V V V= (3-7min 5.55.581.251.71262out Pk C in P WI I A V V= (3-8 (7散热:基于 MOSFET 的反激式开关电源的经验方法:损耗的 35%是由 MOSFET 产生, 60%是由整流部分产生的。 开关电源的损耗为:(180%81.2520%16.25D in P P W W =-=

4、(3-9 MOSFET 损耗为:35%16.2535%5.69D MOSFET D P P W W -= (3-10整流部分损耗:(5 55(60%( 16.2560%0.756565D V D W W P P W W W W += (3-11 (12 12122( 60%2( 16.2560%3.66565D V D W WP P W W W W ±= (3-12(242 3636( 60%( 16.2560%5.46565D V D W WP P W W W W+= (3-13(8变压器磁芯:采用天通的 EER40/45, 饱和磁通密度 Bs 在 25时大于 500mT , 在

5、100 时大于 390mT 。窗口有效截面积 Ae=152.42mm2。所以,取max 110.390.222s B B T T = (3-14 Ae=152.42mm2 (3-15(9开关电源频率:40f khz = (3-16(10开关电源最大占空比:max 0.4D = (3-17 (11初级绕组电感最小值 Lpri :in(minmaxpri pk 2620.41.531.7140V D V L mH I fA KHz= (3-18在每个开关管导通的每个周期中,存储在磁芯的能量为:2stored pri pk 1E L I 2=(3-19 要验证变压器最大连续输出功率能否满足负载所需的

6、最大功率, 可以使用下 式:2in(corepri pk out 1P L I f P 2=> (3-20 (12气隙:为了防止饱和所要加的气隙:2pri pkgap 2e max0.4L I l A B=(3-21max B :单位为特斯拉 T ; gap l :单位是厘米; pri L :单位为 H ;pk I :单位为 A ;e A :单位为 cm 2; 232pri pkgap 222e max0.40.41.53101.710.092166152.42100.2L I l cm A B -= (13初级绕组匝数:4pri pk pri e max(LI 10N A B =(3-

7、22max B :单位为特斯拉 T ; pri L :单位为 H ;pk I :单位为 A ;e A :单位为 cm 2;434pri pk pri 2e max(LI 101.53101.7110N 85.82586A B 152.42100.2=-= (14 +5VDC次级绕组匝数:pri out(nfwd(nmax out(nin(minmaxN (VV (1N V D D +-=(3-23fwd V V V =+整流二极管正向降 波 感正向 降 滤 电 压 (3-24out(nN 是第 n 个次级绕组的匝数; out(nV 是第 n 个次级绕组的输出电压;fwd(nV 是第 n 个次级

8、绕组的输出整流器的电压降; pri out(nfwd(nmax out(+5Vin(minmaxN (VV (186(51 (10.4N 3V 2620.4D D +-+-=(15 +12VDC次级绕组匝数:pri out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmaxN (VV (186(121 (10.4N 6.47V 2620.4D D +-+-=(16 -12VDC 次级绕组匝数:pri out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmaxN (VV (186(121 (10.4N 6.47V 2620.4D D +-+-=(17 +24VDC次级绕组匝数:pri o

9、ut(nfwd(nmax out(+24Vin(minmaxN (VV (186(241 (10.4N 12.313V 2620.4D D +-+-=(18自馈绕组匝数:(a UC3842VON=16V, VOFF=10V, Dmax=100%。选择自馈绕组输出电压为 15V 。pri out(nfwd(nmax fb(+15Vin(minmaxN (VV (186(152 (10.4N 8.49V 2620.4D D +-+-=(b UC3843VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=100%。选择自馈绕组输出电压为 10V 。pri out(nfwd(nmax fb(+10Vi

10、n(minmaxN (VV (186(102 (10.4N 5.96V 2620.4D D +-+-=(c UC3844VON=16V, VOFF=10V, Dmax=50%。选择自馈绕组输出电压为 15V 。pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmaxN (VV (186(152 (10.4N 8.39V 2620.4D D +-+-=(d UC3845VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=50%。选择自馈绕组输出电压为 10V 。pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmaxN (VV (186(102 (10.4N 5.96V

11、2620.4D D +-+-=(19选择绕组线径:根据应用指南或经验法则,反激变换器电流密度(指电流有效值一般取 400cmil/A,即 5A/mm2。对于 +5VDC,其额定电流为 1A ,所要线径取 0.55mm ,即 0.24mm 2; 对于 +12VDC,其额定电流为 1A ,所要线径取 0.55mm ; 对于 -12VDC ,其额定电流为 1A ,所要线径取 0.55mm ;对于 +24VDC,其额定电流为 1A ,所要线径取 0.65mm ,即 0.33mm 2; (20变压器初级绕组反激电压:变压器初级的反激电压 P V 也称为尖峰电压。(maxmax340566110.4in

12、P V VV V D =- (3-25 或者按照下式OR in(max(1.52(1.52340510680P V V V V V V =*= (3-26(21输入整流部分: (a 输入滤波电容 Cin输入电压较宽时, 一般取比例系数 3uF/W, 即每瓦输出功率对应 3uF 的电容 量。如果输入电压比较稳定(如蓄电池输入 ,一般取比例系数 1uF/W,即每瓦 输出功率对应 1uF 的电容量。 为了降低输入电压纹波, 一般把输入电容滤波电容 用多个并联使用,以降低电容的 ESR 值。输入滤波电容上还要并上一个或两个 陶瓷电容(约 0.1uF ,以吸收纹波电流的高频分量。这里取 3uF/W,即3

13、/65195200in C uF W W uF uF = (3-27因为最大直流电压值为 340VDC ,所以输入滤波电容的耐压值按 1.5倍的裕 量,取 500V 。(b 输入整流二极管:对于交流离线式变换器,二极管的耐压值取( 1.81.8*220400W in RMS V V V V >= (3-28开关电源的最大输入平均电流为 (max(min81.250.31262in in in P WI A V V=,所以 二极管的电流取 0.31A 。最小的二极管等级要符合下面的条件: R 2(maxF d(maxFSM FU I 1.5I I 5I >(c NTC 电阻:使用 N

14、TC 电阻的开关电源,在每次关机后不要马上开机,最好等一分钟以 后再开机,只有等 NTC 电阻温度降下来后,它的阻值才能上去,再次开机才能 起限流作用。额定输入电流为:(min(max81.250.24340in in in P WI A V = 输入电容 Cin 的输入电流峰值一般为输入电流的 35倍,所以 NTC 的电阻 值必须满足max(35 in t inV R I =(3-29为了降低损耗, NTC 的阻值越小越好,一般取 612欧姆。 (22 MOSFET :D pk DSSp 1.71V V 500I I AV = (3-30 (23输出整流部分: (a 输出整流二极管:在开关电

15、源中, 可以使用以下三种类型的整流二极管:快速恢复二极管、 超 快恢复二极管、肖特基整流二极管。在任何开关电源的输出电路设计中, 都应严格选择整流二极管的反向截止电 压和正向电流。输出整流二极管必须满足:RM (BRSF OMU 2U I 3I (3-31式(3-31中,输出整流二极管的最大反向峰值电压由下式确定:S(BRS0in(maxPN U U V N =+ (3-32 式(3-32中, 0U 为输出电压; OM I 为额定输出电流; P N 为初级绕组匝数; S N 为次级绕组匝数。对于 +5VDC的输出绕组, (BRS3U 53401786V =+=, RM U 34V , F I

16、3A 。 对于 ±12VDC 的输出绕组, (BRS7U 123404086V =+=, RM U 80V , F I 3A 。对于 +24VDC的 输 出 绕 组 ,(BRS13U 243407686V =+=, RM U 150V , F I 4.5A 。 (b 输出滤波电感:当输出滤波电感小于临界值 Lc 时,将导致电源稳压性能变坏,甚至产生振 荡从而导致电源无法正常工作。 所以在设计电路时应该选择滤波电感值大于临界 值的电感。滤波电感的临界值计算公式:max min min(12L C R D L f -=(3-33式中, max L R -负载电阻的最大值; min -最小

17、脉冲占空比; min f -电源的最 小工作频率。实际调试时, 如果由于设计不当而导致稳压电源在小负载电流时发生滤波电 感小于临界值的现象,可以在电源输出端并联一个固定电阻(如 12R ,称为假负 载的方法来减小 max L R 值从而减小 C L 值。这个固定电阻不能太小,以免影响电源效率。此处,取 73.3,5L uH A =。假负载 12R 的作用主要是改善轻载时的负载调整率,此处,取 121R k =。 (c 输出滤波电容:(max(max(minout off out rippleI T C V =(3-34(24电流采样电阻:max 1s sVI R =(3-35 所以, (max

18、110.581.71s s V VR I A= 电流采样电路的 RC 滤波参数:R=1K, C=470p,其时间常数为 470ns 。 (25振荡电阻和振荡电容:1.8T Tf R C (3-36 T R =(26启动电阻和启动电容:(a UC3842启动电压取 20V ,启动电流取 2mA 。1R 121K = 122(maxR 1(15V (340V15V P 0.8121K in V W R -=98.3R k = 211.67R k = (b UC3843启动电压取 10V ,启动电流取 2mA 。1R 125K = 122(maxR 1(10V (340V10V P 0.8125K in V W R -=93.75R k =211.25R k = (c UC3844启动电压取 20V ,启动电流取 2mA 。1R 121K = 122(maxR