主电路设计(开关电源

I p /(2 2 )
• 滤波电容的阻抗：
2 2U xc I p
• 根据产品手册确定滤波电容：
xc
RE2S
(LES
1 )2
C
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3．开关器件及二极管的设计
• 遵循两个原则： (1) 电压和电流都不应超出安全工作区(SOA) 。 (2) 结温不能超过最大结温 。
(3) 设计过程： • 计算出器件工作时的电压和电流峰值。 • 根据SOA初步选择器件的电压和电流的大小。 • 估算的器件发热功率、热阻。 • 选择散热器。 • 留有裕量。
• 体积和重量：减小体积和重量的最有效途径是提 高开关频率
• 环境温度：民用0～40℃，工业用-10～50℃，军 用、航空航天、舰船用-55～105℃。
• 海拔高度：加大绝缘的间距
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7.2 主电路设计
7.2.1 主电路的选型
• 反激型电路：功率小于100W的电源 • 正激型电路：100W以上功率，且工作环境干
用相应的软开关电路。 • 软开关是未来电源技术的主流。
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7.2.3正激型、推挽型、半桥型和全桥型电 路的主电路元器件参数的计算
1．变压器的设计
设计的参数：电压比、铁心的形式和尺寸、各绕 组匝数、导体截面积和绕组结构等。
依据参数：工作电压、工作电流和工作频率。
(1)输电出压电比压kT达：到最上大限占，空考比虑和电最路低的输压入降电，压输下出，电 压的裕量
• 其计算可简化为电压和脉冲宽度的乘积
• 不同的电路SV不同: 正激；半桥、全桥、推挽
N 2可整理UpBOptTASe
N2
U OTS 2 B Ae
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(4) 绕组导体截面
Ac
I jc
• 根据流过绕组的电流值和预先选定的电流密度，
即可计算出。
(5)变压器设计的其他问题： 变压器励磁电感和漏感的估算。
kT
UiminDmax Uomax U
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(2)铁心的选取
Ae Aw
wenku.baidu.com
PT fSBjckc
• AP法，计算出Ap，在厂家的产品手册中选择 合适的铁心型号，使其形状和尺寸满足要求。
(3)绕组匝数
N SV
•
•
通常先计算二次匝数
B Ae
SV为绕组承受的最大伏-秒面积
SV
Ton 0
uT
dt
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4．主电路设计实例
技术要求： • 输入电压：交流三相380±10％V，50Hz。 • 输出电压：额定直流220V，调节范围160～
• 二极管的通态损耗 • 二极管的开关损耗 • 散热热阻
PDonIDmaxUD
PDS (eoneoff )fS
RthJCRthCAT PJD M onTP AD M S
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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
IpSmax(Iomax1 2Ip)/kT
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确定电感铁芯： • AP法确定铁芯
Ae
Aw
LImaxIpmax Bmaxkc jc
• 计算绕组匝数：
NL
LI p max Bmax Ae
• 计算气隙：
l
0
Ae
N
2 L
L
• 计算电感绕组的导体截面积
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(2)滤波电容的确定
• 最大纹波有效值为: • 输出电压最大纹波有效值:
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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；调节范围 ；电流
下限 。 • 稳压、稳流精度：正负误差带。 • 输出特性：恒压恒流。 • 纹波：
类型－高频噪声、开关频率纹波、低频纹波。
量化方法－纹波系数、峰峰电压值、按三种频率 成分分别计量幅值 、衡重法 。
Lm1
0r AeN12
l
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2．输出滤波电路的设计
• 滤波电路：单级LC滤波电路，二级LC滤波电路
(1) 滤波电感的设计
确定电感量：由输出电压、电流和开关频率，以及电感电 流最大纹波值决定。 正激电路； 半桥、全桥、推挽电路
L U imax 2kT fS I p
L U i max 4kT fS I p
• 效率：额定条件下的输入有功功率和输出功率之 比。
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7.1.3 电磁兼容性能指标
• 电磁兼容性：电磁敏感性和电磁干扰－电子装置
抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰强度。 • 各国有关电磁兼容的标准很多，开关电源产品一
般用通用标准(IEC61000—4和GB/T17626系列)。
7.1.4 其他指标
ISm axD m axIom ax/kT（ 正 激 电 路 ） ISm ax1 2D m axIom ax/kT（ 半 桥 型 、 全 桥 型 、 推 挽 型 电 路 ）
• 开关器件的通态损耗 • 开关器件的开关损耗 • 散热热阻
PSon ISmaxUS
PSS(eoneoff )fS
RthJCRthCATPJSM onTP ASM S
扰很大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁。 • 半桥型电路：功率大于500W，工作条件较好，
严格限制成本。 • 全桥型电路：功率很大，工作条件较好。 • 推挽型电路：输入电压很低、功率较大。
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7.2.2 硬开关与软开关电路的选择
• 一般情况下采用硬开关电路。 • 对效率、体积和重量的要求非常高时，可以采
第7章 主电路设计
• 内容
－主要技术指标、主电路的选型 、元器件参数的 计算 ；热设计和结构设计 ；输入回路的设计； 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
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7.1 主要技术指标及其分析
7.1.1 输入参数
• 输入电压 ：
交流－国内、国际标准，国际通用电压范围 。 直流－额定值和变化范围。 • 输入频率 ：民用、工业为50Hz，航空、航天 及船舶为400Hz 。 • 输入相数 ：单相、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，采取措施。
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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
IpDmax Iomax 12Ip
IDm axD m axIo （ 正 激 型 电 路 整 流 二 极 管 ） IDm axIo （ 正 激 型 电 路 续 流 二 极 管 ） IDm ax1 2Iom ax （ 半 桥 型 、 全 桥 型 、 推 挽 型 电 路 整 流 二 极 管 ）