主电路设计(开关电源).ppt

1、第七章主电路设计，包括主要技术指标、主电路选择和元器件参数计算；热设计和结构设计；输入电路设计；电磁兼容技术与可靠性设计目标开关电源电路的基本设计思想和设计方法，7.1主要技术指标与分析，7.1.1输入参数输入电压：交流国内外标准，国际通用电压范围。DC等级和变化范围。输入频率：民用和工业用50Hz，航空、航天和船舶用400Hz。输入相数：单相和三相，与功率有关。输入电流：额定输入电流和最大电流。输入功率因数和谐波：标准规定应采取措施。7.1.2输出参数、输出电压：额定值和调节范围。输出电流：额定值；过载倍数；调整范围；电流下限。电压稳定和电流稳定的精度：正负误差带。输出特性：恒定电压和恒定电

2、流。纹波：高频噪声、开关频率纹波和低频纹波。量化方法包括纹波系数、峰峰值电压值、根据三个频率分量测量幅度和加权方法。效率：额定条件下输入有功功率与输出功率之比。7.1.3电磁兼容性性能指标，电磁兼容性：电磁灵敏度和电磁干扰电子设备抵抗外部干扰的能力和自身产生的干扰强度。各国有许多与电磁兼容相关的标准，一般标准(IEC610004和GB/T17626系列)一般用于开关电源产品。7.1.4其他指标体积和重量：减少体积和重量的最有效方法是提高开关频率和环境温度：民用为-040，工业为-1050，军用、航空和海军为-55105。标高：增加绝缘间距，7.2主电路设计，7.2.1主电路反激电路选择：功率小

3、于100瓦的电源正向电路：功率大于100瓦，工作环境干扰大，输入电压质量差，输出经常短路。半桥电路：功率大于500瓦，工作条件更好，成本受到严格限制。全桥电路：高功率和良好的工作条件。推挽电路：低输入电压和高功率。7.2.2硬开关和软开关电路的选择，通常采用硬开关电路。当对效率、体积和重量的要求很高时，可以采用相应的软开关电路。软开关是未来电源技术的主流。7.2.3正向、推挽、半桥和全桥电路主电路元件参数的计算，1变压器设计参数：电压比、铁心类型和尺寸、各绕组匝数、导体截面积和绕组结构等。根据参数：工作电压、工作电流和工作频率。(1)电压比kT:在最大占空比和最低输入电压下，考虑电路压降和输出

4、电压裕量，输出电压达到上限；(2)型芯选择，AP方法，计算Ap，并在制造商的产品手册中选择合适的型芯模型，使其形状和尺寸满足要求。(3)通常首先计算绕组匝数。次级匝数SV是绕组承受的最大伏秒面积。由于不同电压和脉冲宽度乘积的电路SV不同于：正向激励，计算可以简化；半桥、全桥、推挽、(4)绕组导体的横截面可以根据流经绕组的电流值和预选的电流密度计算。(5)变压器设计中的其他问题：变压器励磁电感和漏电感的估算。输出滤波电路、滤波电路的设计：单级液晶滤波电路、两级液晶滤波电路(1)滤波电感的设计决定电感：它由输出电压、电流、开关频率和电感电流的最大纹波值决定。正向电路；半桥、全桥、推挽电路、确定电感

5、磁芯：用AP法计算绕组匝数：计算气隙：计算电感绕组的导体截面积、(2)确定滤波器电容，最大纹波有效值为：输出电压和最大纹波设备的估计加热功率和热阻。选择散热器。留有余地。变压器二次侧整流二极管的设计、二极管的峰值电流、二极管的最大平均电流、二极管的开关损耗散热电阻、变压器一次侧开关器件的设计、开关器件的峰值电流、开关器件的最大平均电流、开关器件的开关损耗散热电阻、4个主电路设计实例、技术要求：输入电压：交流三相38010伏、50Hz输出电压：额定DC 220伏、调节范围160280伏、输出电流：最大10A。输出纹波：纹波系数不大于0.5。工作温度：040。(1)主电路的选择，根据功率选择全桥电

6、路；根据输出电压，变压器二次侧应采用全桥整流电路。(2)变压器设计电压比kT:输入侧最小整流电压、最大占空比、最大输出电压和二次压降的计算。kT1.4磁芯的选择：开关频率、磁芯材料、b、导体电流密度和窗口填充系数的确定；选择EE65芯线的匝数和截面积：根据电路，确定最大伏秒面积，B，芯线截面积，计算N2=37匝，Nl=52匝，根据电流值和选定的电流密度确定导体的截面积，Ac2=2.5mm2，ACL=1.8 mm2(3)输出滤波电路和滤波电感的设计：电感的计算：确定输出电压L=0.7mH铁芯设计：确定电感值、电流最大值、电流最大值、磁通密度最大值、电流密度和填充系数；铁芯材料；EE55B:核心截

7、面积为3.5710-4m2，窗口面积为3.6910-4m2。计算绕组匝数：确定电感值、电流最大峰值、磁通密度最大值和铁芯截面积；NL=72匝计算气隙：确定铁芯截面积、绕组匝数和电感值；L=3.3mm毫米/2计算绕组的导体横截面：确定电感电流和电流密度；AcL=2.5mm2时滤波电容的确定：确定容抗xc1.1由电感电流的最大纹波有效值和输出电压的最大纹波有效值确定；根据产品手册选择符合条件的电容器。(4)开关器件和二极管的设计；1)变压器二次侧整流二极管的设计：电压值：由一次侧最大整流电压、变比、过电压和浪涌决定，不小于600伏。电流值：峰值电流11A，最大平均电流5A，考虑裕量时额定电流大于1

8、0A。损耗：通态损耗10W，开关损耗20W。散热电阻：由损耗功率、结温和环境温度决定，小于2.6k/w。根据产品手册，确定型号。2)开关器件设计：器件类型：功率金属氧化物半导体场效应晶体管电压值：峰值整流电压，由过压和浪涌决定，不低于800伏电流值：允许峰值电流大于7.8A，平均电流大于3.2A损耗：导通状态损耗18.15瓦，开关损耗27.2瓦散热电阻：由损耗功率、结温和环境温度决定，小于2.2K/瓦根据产品手册，7.2.4反激电路主要电路元件参数的确定，1。变压器设计电压比：最大占空比(临界时间):变压器一次电流峰值：变压器一次电感值：按公式设计变压器：Ap法绕组匝数：气隙：2开关器件设计：

9、峰值电流：Ip1max平均值：导通损耗：开关损耗：散热电阻：输出整流二极管设计：峰值电流：kTIp1max平均值：IDo导通损耗：开关损耗：散热电阻：7.3热设计和结构设计。 7.3.1开关器件和二极管的热设计1开关器件的传热过程模具的热：空气环境温差、热阻与模具外壳散热器台面散热器散热面上的加热功率的关系2外壳热阻的选择原则电流容量高，成本高； 并联或电路复用的设计原则具有高成本和均流3散热器热阻RhC-A增加了散热面积的体积、重量和成本；强制空气冷却的成本、可靠性和噪音、7.3.2变压器和电抗器的热设计、损耗、散热、铁芯和绕组的温升、铁芯材料特性和绕组绝缘材料特性的变化(1)铁损：磁滞损耗

10、和涡流损耗设计方法：在给定的工作频率和最大工作磁通密度下，检查单位重量或体积的损耗功率值，并将其乘以铁芯的重量或体积。(2)铜损：绕组电阻损耗和温升：7.3.3底盘结构设计应考虑机械强度、重量、散热、屏蔽、美观、标准化、装配、调试和维护方便等因素。7.4开关电源1的输入电路设计。输入电路设计输入电路结构：电容输入型，全波整流。设计内容：电容C1(电容、纹波、寿命)；整流桥(电流、电压、功率)；输出电压范围。电容器C1:经验公式C1=(400600)Idc(mF)输出电压范围：与电源侧的输入电压、负载和电阻有关。电容并联整流电路的电压系数：整流器的有效值和峰值：纹波电压和电流：纹波电压：电源频率

11、下的纹波电流：开关频率下的纹波电流：电容寿命：整流器的功耗Prf:全波整流桥的额定电压：2。冲击电流抑制电路的设计危害：保护动作、设备过热和损坏等。串联电阻被抑制在交流输入电流Iac的5倍以下。7.5开关电源的电磁兼容技术与可靠性设计7.5.1开关电源的电磁兼容技术电磁兼容技术：一门新兴的跨学科综合应用学科。研究范围涵盖几乎所有现代工业领域。研究热点：电磁干扰源的特性和传播特性、电磁干扰的有害影响、电磁干扰的抑制技术、电磁频谱的利用和管理、电磁兼容性标准和规范、电磁兼容性、电磁泄漏和静电放电的测量和测试技术等。电磁兼容性(EMC):指设备(子系统和系统)在共同的电磁环境中能够共同执行各自功能的

12、共存状态。电磁兼容技术是一项管理并重的实用工程。建立电磁兼容三要素的标准和规范：干扰源(干扰源)、耦合路径和敏感体。7.5.2开关电源的电磁兼容性，耦合通道：公共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合。干扰源(内部):电压和电流方波；设备高频切换过程；二极管。开关电源的复杂性：7.5.3电磁c具体方法：滤波电路，提高APFC性能，降低电流和电压的变化率，软开关；屏蔽、改善间隙泄漏和接地处理；MOV，气体放电管，电视管，改变电气距离，合理设计印刷电路板，接地。7.5.4开关电源噪声：内部元件引起的干扰；外部因素对开关电源的干扰。1内部干扰源电流高次谐波干扰：整流过程中的峰值电压干扰：开关管、高频变压器、整流二极管、电容器、电感和导线、SPWM逆变电源噪声抑制措施：正确选择半导体器件、变压器铁心材料和电路中的屏蔽、滤波和接地；2外部干扰源、电源干扰：共模干扰或差模干扰雷电干扰：直击雷和感应雷抑制措施：滤波器、MOV管、放电管