24V20A半桥式开关电源设计计算
24V开关电源设计
24V开关稳压电源设计2009-11-10 13:53:1324V开关稳压电源设计输出电压4～16V开关稳压电源的设计2007-02-03 06:18摘要：介绍一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为交流220V±20％，输出电压为直流4～16V，最大电流40A，工作频率50kHz。
重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。
关键词：脉宽调制；半桥变换器；电源1、引言：在科研、生产、实验等应用场合，经常用到电压在5～15V，电流在5～40A的电源。
而一般实验用电源最大电流只有5A、10A。
为此专门开发了电压4V～16V连续可调，输出电流最大40A的开关电源。
它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率MOS管，开关工作频率为50kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。
2、主要技术指标1）交流输入电压AC220V±20％；2）直流输出电压4～16V可调；3）输出电流0～40A；4）输出电压调整率≤1％；5）纹波电压Up p≤50mV；6）显示与报警具有电流/电压显示功能及故障告警指示。
3、基本工作原理及原理框图该电源的原理框图如图1所示。
220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。
图1整体电源的工作框图4、各主要功能描述4.1、交流EMI滤波及整流滤波电路交流EMI滤波及整流滤波电路如图2所示。
图2交流EMI滤波及输入整流滤波电路电子设备的电源线是电磁干扰（EMI）出入电子设备的一个重要途径，在设备电源线入口处安装电网滤波器可以有效地切断这条电磁干扰传播途径，本电源滤波器由带有IEC插头电网滤波器和PCB电源滤波器组成。
IEC插头电网滤波器主要是阻止来自电网的干扰进入电源机箱。
PCB电源滤波器主要是抑制功率开关转换时产生的高频噪声。
半桥式开关电源变压器参数计算方法
半桥式开关电源变压器参数计算方法1. 输入电压（Vin）：即待转换的电源电压，常用交流电压，如220V交流电。
2. 输出电压（Vout）：即转换后的电源电压，可以是交流电也可以是直流电。
3. 输出电流（Iout）：即变压器输出的电流大小。
4.开关频率（f）：开关频率是指开关器件开关的次数，通常以kHz 为单位。
5.变压器功率（P）：变压器的功率是变压器所能处理的电能大小，即输入电压乘以输出电流。
下面以一个实际计算的案例来详细介绍半桥式开关电源变压器的参数计算方法：假设我们需要设计一个输入电压为220V，输出电压为12V，输出电流为5A的半桥式开关电源变压器。
第一步是计算变压器的功率。
根据上述参数，变压器的功率P=Vout×Iout=12V×5A=60W。
第二步是选择开关频率。
开关频率的选择取决于应用的特定需求，一般在几十kHz到几百kHz之间。
假设我们选择开关频率为50kHz。
第三步是计算变压器的绕组比。
绕组比定义了变压器输入与输出端的电压比。
在半桥式开关电源中，绕组比通常为1:1、所以输入电压与输出电压相等，即Vin=Vout。
第四步是计算变压器的变比。
变比（N）定义了输入和输出的绕组匝数之比，从而决定了电压的变化。
根据绕组比为1:1，我们有N=Vin/Vout=220V/12V=18.33第五步是计算变压器的一次侧电感。
一次侧电感（Lp）决定了变压器的电流特性。
一般来说，如果开关频率较高，则需要较小的电感值。
根据经验公式，计算一次侧电感为Lp=10×(Vin/Vout)²/f=10×(220V/12V)²/50kHz=0.029H。
第六步是计算变压器的二次侧电感。
二次侧电感（Ls）是指变压器绕组与输出端的电感。
一般来说，为了防止输出电压的波动，二次侧电感应比一次侧电感大。
根据经验公式，计算二次侧电感为Ls=10×(Vin/Vout)²/f=10×(220V/12V)²/50kHz=0.029H。
半桥式开关电源变压器参数的计算
半桥式开关电源变压器参数的计算
半桥式开关电源变压器参数的计算
半桥式变压器开关电源的工作原理与推挽式变压器开关电源的工作原理是非常接近的，只是变压器的激励方式与工作电源的接入方式有点不同；因此，用于计算推挽式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的数学表达式，只需稍微修改就可以用于半桥式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的计算。
A）半桥式开关电源变压器初级线圈匝数的计算
半桥式变压器开关电源与推挽式开关电源一样，也属于双激式开关电源，因此用于半桥式开关电源的变压器铁心的磁感应强度B，可从负的最大值-Bm，变化到正的最大值+Bm，并且变压器铁心可以不用留气隙。
半桥式开关电源变压器的计算方法与前面推挽式开关电源变压器的计算方法基本相同，只是直接加到变压器初级线圈两端的电压仅等于输入电压Ui的二分之一。
根据推挽式开关电源变压器初级线圈匝数计算公式（1-150）和（1-151）式：
设直接加到半桥式开关电源变压器初级线圈两端的电压为Uab，且Uab
=Ui/2 ，则上面（1-150）和（1-151）式可以改写为：
上面（1-174）和（1-175）式就是计算半桥式开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的公式。
式中，N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数，S为变压器铁心的导磁面积（单位：平方厘米），Bm为变压器铁心的最大磁感应强度（单位：高斯）；Uab为加到变压器初级线圈N1绕组两端的电压，Uab
=Ui/2 ，Ui为开关电源的工作电压，单位为伏；τ= Ton，为控制开关的接通。
半桥式开关电源变压器参数计算方法
半桥式开关电源变压器参数计算方法半桥式开关电源是一种广泛应用的开关电源拓扑结构，在工业、通信、医疗等领域得到了广泛的应用。
半桥式开关电源变压器的参数计算是设计一个可靠、高效的电源的重要步骤。
以下是半桥式开关电源变压器参数计算方法的详细说明。
第一步：确定输入电压和输出电压在设计半桥式开关电源变压器之前，首先需要确定输入电压和输出电压的数值。
输入电压通常是直流电压，输出电压可以是直流或交流电压，具体根据应用场景来确定。
第二步：计算输出功率根据应用需要以及输出电压和电流确定输出功率。
输出功率是决定变压器参数的重要因素之一第三步：选择变压器的工作频率第四步：计算变压器的变比根据输入电压和输出电压，通过变比的计算来确定变压器的变比。
变比是输入和输出电压之间的比值，可以根据功率和电流的关系得出。
第五步：计算变压器的感应电感感应电感是变压器的一个重要参数，可以通过输出功率的计算得出。
感应电感决定了变压器输出电流的波形。
第六步：计算变压器的铜损和铁损铜损是由变压器的导线电阻引起的损耗，可以通过输入电压和变压器中电流的平方来计算。
铁损是由于铁芯材料磁化和磁交变损耗引起的，可以通过变压器的额定工作频率和铁芯材料的损耗特性来计算。
第七步：选择适当的变压器规格根据前面的参数计算结果，选择合适的变压器规格。
包括输出功率、变压器的尺寸和重量等。
最后，需要进行变压器的热设计，确保变压器在工作过程中能够正常散热，不会因过热而损坏。
综上所述，半桥式开关电源变压器参数的计算包括确定输入和输出电压、计算输出功率、选择工作频率、计算变比、计算感应电感、计算铜损和铁损、选择合适的变压器规格以及进行热设计等步骤。
这些参数计算的准确与否直接影响着半桥式开关电源的性能和稳定性，因此需要仔细考虑每个参数的计算过程。
半桥式开关电源设计.
半桥式开关电源设计摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广,电子设备的种类也越来越多,电子设备与我们的工作、生活的关系日益密切。
近年来,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论的快速发展,新一代的电源电路开始逐步取代传统的电源电路。
该电源电路具有体积小，控制灵活方便，输出特性好、纹波小、负载调整率高等显著优点。
由于开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，因此在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激式和单端反激式等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计音响设备供电电源，利用BJT管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词：TL494，PWM，半桥式电路，开关电源Design of Half Bridge Switching Power SupplyABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, electronic systems, more and more extensive applications, the types of electronic equipment, more and more electronic equipment and people work and live closer and closer. In recent years, with the power electronic devices (such as IGBT, MOSFET), PWM switching power supply technology and development of the theory, a new generation of power began to gradually replace the traditional power supply circuits. The circuit is small, flexible to control the output characteristics of a good, ripple, load adjustment rate and so on.Switching power supply in the power adjustment control work in the off state, with low power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic circuits. High frequency converter switching power supply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback. In this thesis, two-side driver IC - TL494 PWM pulse output of the controller design car audio power supply in use as a switch MOSFET, can improve the efficiency of the power transformer, is conducive to impulse noise suppression, but also can reduce the size of the power transformer.KEY WORDS:TL494, PWM, Half bridge circuit, Switching power目录前言 (1)第1章开关电源基础技术 (2)1.1 开关电源概述 (2)1.1.1 开关电源的工作原理 (2)1.1.2 开关电源的构成 (3)1.1.3 开关电源的特点 (4)1.2 开关电源典型结构 (4)1.2.1 串联开关电源结构 (4)1.2.2并联开关电源结构 (5)1.2.3 正激式结构 (6)1.2.4 反激式结构 (7)1.2.5 半桥型结构 (8)1.2.6 全桥型结构 (9)1.3 开关电源的技术指标 (10)第2章半桥变换电路 (12)2.1 半桥变换电路工作原理 (12)2.2 半桥变换电路的应用 (13)2.3 半桥变换电路中应注意的问题 (14)2.3.1 偏磁问题 (15)2.3.2 用作桥臂的两个电容选用问题 (15)2.3.3直通问题 (16)2.3.4 半桥电路的驱动问题 (17)2.4 双极结型晶体管 (17)2.4.1结构和定义 (17)2.4.2 三极管的特性曲线 (19)第3章脉宽调制芯片TL494应用分析 (23)3.1 TL494管脚图 (23)3.2 TL494内部电路介绍 (23)3.3 TL494管脚功能及参数 (24)3.4 TL494脉宽调压原理 (26)第4章TL494在DC-DC变换中的应用 (28)4.1 音响设备电源简述 (28)4.2音响供电电路分析 (28)第5章PCB设计制作 (31)5.1 PCB的设计制作步骤 (31)5.2 注意事项 (33)5.2.1 特殊元件的布局 (33)5.2.2布线处理 (34)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料翻译 (40)前言电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。
半桥型开关稳压电源设计
电力电子技术课程设计（论文）题目：半桥型开关稳压电源设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务与评语院（系）：电气工程学院教研室：注：平时：20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算摘要开关电源是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响子设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。
本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了250我半桥开关电源。
整个系统包括主电路、控制电路和驱动电路三部分内容。
系统主电路包括单相输入整流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。
控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。
论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计与实验过程，包括元器件的选取以与参数计算本文介绍一种半桥电路的开关电源，是输入为单相交流170~260v，输入频率45~65，输出直流电压24v，输出直流电流10A ，最大功率250w。
重点介绍该电源的构思、理论、工作原理与特点。
关键词：开关稳压电源；半桥；高频变压器目录第1章绪论 .................................................................................... 错误!未指定书签。
1.1电力电子发展史 ...................................................................... 错误!未指定书签。
1.2半桥型开关稳压电源概括 ...................................................... 错误!未指定书签。
1.2.1开关电源的概念 ........................................................... 错误!未指定书签。
开关电源参数计算
开关电源参数计算开关电源是一种将输入电压按照一定的方式进行变换和调节，得到一定输出电压和电流的电源设备。
它具有高效率、小体积和大功率特点，在现代电子设备中广泛应用。
开关电源的参数计算是设计开关电源过程中的一项核心工作，下面将从输入电压和输出电压、电流的计算以及开关电源的功率和效率计算等多个方面进行详述。
一、输入电压和输出电压的计算：1.输入电压计算：开关电源的输入电压一般通过交流电源转换得到。
在计算输入电压时，需要根据实际使用情况来确定。
常见的输入电压有220VAC和110VAC两种，可以根据实际需求来选择。
2.输出电压计算：输出电压是开关电源的主要参数之一，根据实际需求来确定。
一般情况下，输出电压为12V、24V、48V等常见的数值。
根据所驱动的设备对电压的要求来确定输出电压的数值。
二、输出电流计算：1.设备功率计算：开关电源的输出电流与所驱动的设备功率直接相关。
在计算输出电流时，首先需要确定设备的功率需求。
常见的功率单位为瓦特（W），可以根据设备的额定功率来确定所需的输出电流。
2.电流保护系数计算：在计算输出电流时，还需要考虑到设备的运行可靠性和安全性。
一般情况下，会在设备的额定功率基础上乘以一个电流保护系数，以提供足够的电流储备。
电流保护系数一般为1.2-1.5，具体数值可以根据设计需求来确定。
3.输出电流计算：通过设备功率和电流保护系数的计算，可以得到所需的输出电流。
输出电流的单位为安培（A）。
三、开关电源的功率和效率计算：1.开关电源的功率计算：开关电源的功率指的是输入电源和输出电源之间的能量转换效果。
功率是根据输出电压和输出电流计算得到的，单位为瓦特（W）。
2.开关电源的效率计算：开关电源的效率是指输入电源和输出电源之间能量的转换效率，一般用百分比表示。
开关电源的效率可以根据输入功率和输出功率进行计算。
开关电源的效率一般在85%以上，高效率的开关电源能够更好地降低能耗，提高能源利用率。
开关电源设计计算公式
开关电源设计计算公式开关电源是一种能将交流电转换为直流电的电源，其特点是高效率、体积小、功率密度高。
开关电源的设计可分为两个部分：功率部分和控制部分。
功率部分主要包括输入滤波电路、整流电路、滤波电路和开关变换电路等；控制部分主要包括PWM控制电路和反馈控制电路等。
下面将详细介绍开关电源设计的计算公式。
1.输入电压计算公式：开关电源的输入电压可以由交流电源转换得到。
常用的交流电压为220V或110V。
对于220V交流电压来说，经过整流和滤波后，得到的平均电压为：Vavg = Vpk / π其中，Vavg为平均电压，Vpk为峰值电压。
2.输出电压计算公式：开关电源的输出电压取决于开关变换电路的设计。
常见的开关变换电路包括降压变换、升压变换和变换。
a.降压变换电路：降压变换电路是将输入电压通过变压器降低得到所需的输出电压。
降压变换电路的输出电压计算公式为：Vo = Vin * (D / (1-D))其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，D为占空比。
b.升压变换电路：升压变换电路是将输入电压通过变压器升高得到所需的输出电压。
升压变换电路的输出电压计算公式为：Vo = (Vin / (1-D)) * D其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，D为占空比。
c.变换电路：变换电路是将输入电压通过变压器升高或降低得到所需的输出电压。
变换电路的输出电压计算公式为：Vo = (Vin / (1-D1)) * D1 * (1-D2)其中，Vo为输出电压，Vin为输入电压，D1和D2为占空比。
3.电流计算公式：开关电源的电流计算包括输入电流和输出电流。
a.输入电流计算公式：输入电流计算公式为：Iin = Pout / (η * Vin)其中，Iin为输入电流，Pout为输出功率，η为开关电源的效率，Vin为输入电压。
b.输出电流计算公式：输出电流计算公式为：Iout = Pout / Vo其中，Iout为输出电流，Pout为输出功率，Vo为输出电压。
开关电源的设计计算
jw=S同時令Wn=1/Rc=2πfn
Aμ=V0/VS=1/【1+j(f/fn)】Aup
其fn稱為指征頻率,其由RC所決定,由幅頻特性可知,
當f=fn時,則|Au|=1/ 2 Aup故該電路的截止頻率為
fc=fn=1/2πRC
=｛【（1+jwcR）/jwc】//jwc2｝/【R1R2/（R1+R2）】
(b)
for a圖頻帶寬高增益a低頻率
頻帶寬高增益a低頻率
for b圖
Inrush Current線路分析
一.Inrush Current產生之原因分析
電源供應器在開機之瞬間,由于濾波電容之充電,交流回路上呈現非常低之阻抗,其大小約等于濾波電容器之ESR值,這樣在開機瞬間將會有很大之突波電流產生.此突波電流有時甚至超過上百安培,具有很大之危害性.
2.使用TRIAC-RESISTOR(ORSCR)來抑制Inrush Current之技術
(1)TRIAC之介紹
TRIAC稱為閘控開關,或稱為閘流體,它有三個极,見圖,分別為MT1,MT2和Gate.
它是雙向阻擋閘流體,當G极臅發導通后,若MT1.MT2极之間加偏壓,則有電流
在其中流通,注意它是雙向導通的.(AC.DC
二.Inrush Current之危害分析
由於開機瞬間Inrush Current高達數十安,甚至數百安,因此它的危害性是不言而喻.首先,如果它的能量超過保險絲的額定工作能量I2t,則會使得保險絲熔斷,而使電源無法工作,其次,由於它有很高的電流峰值,可能使整流橋,開關電晶體,clamper線路上的半導體等元件燒毀.最後,它還可能造成很大的雜訊干擾而影響使用共同電源的其它電子設備.
24V20A半桥式开关电源设计计算
24V20A半桥式开关电源设计计算变压器T2和滤波电感T1的参数是输出电压Vout为24V，电流Iout为20A，Pout为480W。
根据公式Rt=6.8K，Ct=1NF，震荡频率F=Rt*Ct=147KHZ。
输出频率为震荡频率的一半，即73.5KHZ，周期为13.61uS。
初级圈数为Np，次级圈数为Nm。
AC输入电压为220V±15%，即在200V-400V之间（算上50V纹波）。
每个开关管的最大占空比为0.4，一个周期内两个开关管的最大占空比之和为0.8.T2不开气隙，L1要开气隙。
首先，计算初级和充电部分线圈匝数（初级有一个线圈，次级和充电部分都有两个线圈）。
选用EER42/15磁芯架构，PC40材质，100度时饱和磁通密度Bsat为3900*10^(-4)T，剩余磁通Bres为0.095T。
为保证磁芯工作在磁滞回线的线性部分，取Bmax为2250*10^(-4)T=0.195T。
磁芯截面积Ae为1.94cm2，则单端磁通Δb为0.1T=1000G，半桥电源的磁通范围在第一和第三象限，则ΔB=2*Δb=0.2T=2000G。
若最低输入电压Vin min为100V，则最大导通时间Ton(max)=5.44uS。
初级线圈数Np=99.以上是变压器和电感部分的参数和计算。
每个开关管最大导通时间为0.8T/2=0.4T。
由于初级线圈为一个线圈，因此初级电流脉冲等效的平顶脉冲峰值为Ipft=Vin_min*Np/(Vd*0.4T)。
代入数值得到Ipft=2.47A。
根据次级线圈为两个线圈，其中一个线圈对应着Q1导通进行半波整流输出，另一个线圈对应着Q2导通进行半波整流输出，可得到次级电流脉冲等效的平顶脉冲峰值为XXX)。
代入数值得到Icft=1.14A。
根据充电电压为28.1V，充电线圈为1圈，可得到充电电流脉冲等效的平顶脉冲峰值为Ichft=Vcharge/(Ncharge*0.4T)。
半桥式开关电源变压器参数计算方法
半桥式开关电源变压器参数计算方法半桥式开关电源变压器参数的计算半桥式变压器开关电源的工作原理与推挽式变压器开关电源的工作原理是非常接近的，只是变压器的激励方式与工作电源的接入方式有点不同;因此，用于计算推挽式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的数学表达式，只需稍微修改就可以用于半桥式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的计算。
A)半桥式开关电源变压器初级线圈匝数的计算半桥式变压器开关电源与推挽式开关电源一样，也属于双激式开关电源，因此用于半桥式开关电源的变压器铁心的磁感应强度B，可从负的最大值-Bm，变化到正的最大值+Bm，并且变压器铁心可以不用留气隙。
半桥式开关电源变压器的计算方法与前面推挽式开关电源变压器的计算方法基本相同，只是直接加到变压器初级线圈两端的电压仅等于输入电压Ui 的二分之一。
根据推挽式开关电源变压器初级线圈匝数计算公式(1-150)和(1-151)式：设直接加到半桥式开关电源变压器初级线圈两端的电压为Uab，且Uab =Ui/2 ，则上面(1-150)和(1-151)式可以改写为：上面(1-174)和(1-175)式就是计算半桥式开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的公式。
式中，N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数，S为变压器铁心的导磁面积(单位：平方厘米)，Bm为变压器铁心的最大磁感应强度(单位：高斯);Uab为加到变压器初级线圈N1绕组两端的电压，Uab =Ui/2 ，Ui为开关电源的工作电压，单位为伏;τ = Ton，为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度(单位：秒);F为工作频率，单位为赫芝，一般双激式开关电源变压器工作于正、反激输出的情况下，其伏秒容量必须相等，因此，可以直接用工作频率来计算变压器初级线圈N1绕组的匝数;F和τ取值要预留20%左右的余量。
式中的指数是统一单位用的，选用不同单位，指数的值也不一样，这里选用CGS单位制，即：长度为厘米(cm)，磁感应强度为高斯(Gs)，磁通单位为麦克斯韦(Mx)。
半桥式开关电源设计
开关电源在工业自动化中的应用
工业自动化设备对电源的稳定性和可靠性要求较高
• 半桥式开关电源具有较高的转换效率和稳定性，适用于工业自动化设备
• 可以为工业自动化设备提供稳定的电源，保证设备运行精度和稳定性
开关电源在工业自动化中的应用实例
• 变频器电源系统：为变频器设备提供稳定的直流电源
• 伺服系统电源：为伺服系统设备提供稳定的直流电源
• 主电路的设计直接影响电源的性能和可靠性
作
• 设计合适的滤波电感和电容，保证输出电压的稳定性和
纹波系数
控制电路设计与分析
控制电路是半桥式开关电源的大脑
控制电路的设计要点
• 负责控制开关管的开关状态，实现电压的调节
• 选择合适的控制算法，如PWM控制、PFM控制等
• 控制电路的设计直接影响电源的稳定性和性能
减小输出纹波与噪声的策略
减小输出纹波与噪声是提高半桥式开关电源性能的关键
• 可以保证输出电压的稳定性和可靠性
• 有助于提高设备的运行精度和稳定性
减小输出纹波与噪声的策略
• 优化滤波电感和电容的设计，提高滤波效果
• 采用多级滤波和屏蔽措施，降低电磁干扰
• 提高控制电路的性能，减小误差信号，提高调节精度
• 过电流保护：采用电流限制器或熔断器，防止电源因过电流而损坏
• 短路保护：采用温度保险丝或过流保护器，防止电源因短路而损坏
03
半桥式开关电源的电路设计与分析
主电路设计与分析
主电路是半桥式开关电源的核心部分
主电路的设计要点
• 负责实现电压的斩波和滤波
• 选择合适的开关器件和驱动电路，保证开关管的正常工
滤波电感与电容的设计与应用
滤波电感和电容是半桥式开关电源的重要组成部分
开关电源参数计算
开关电源参数计算
开关电源参数的计算主要涉及到输入输出电压、电流、功率等参数的计算。
以下是一些基本的计算方法：
1. 输入电压和电流的计算：
* 输入电压（Vin）：通常根据电源的额定电压和输入电压范围来确定。
* 输入电流（Iin）：根据电源的额定功率和输入电压来计算。
公式为：Iin = P/Vin。
2. 输出电压和电流的计算：
* 输出电压（Vout）：通常根据电源的额定输出电压和输出电压范围来确定。
* 输出电流（Iout）：根据电源的额定功率和输出电压来计算。
公式为：Iout = P/Vout。
3. 功率计算的参数包括：
* 输入功率（Pin）：Pin = Vin * Iin
* 输出功率（Pout）：Pout = Vout * Iout
* 电源效率（η）：η = Pout / Pin
4. 纹波电流和纹波电压的计算：
* 纹波电流（△I）：△I = (Iout * Dmax) / (Ton / T)
* 纹波电压（△V）：△V =(△I * R) / (Vin * Dmax)
5. 电感量的计算：
* 电感量（Lp）：Lp = (Vin * Dmax) / (Ipeak * Fsw)
6. 饱和电流的计算：
* 饱和电流（Imax）：Imax = 1.2 * Iout
7. 电感饱和电流取值的考虑因素：在计算得到的饱和电流基础上，乘以1.5或1.2倍，留有余量。
8. 开关频率的选择：纹波电流与开关频率有关，需要根据具体应用选择合适的开关频
率。
请注意，以上计算方法仅供参考，实际应用中可能需要根据具体的设计要求和电路情况进行调整。
开关电源硬件电路设计计算及选择
4 开关电源硬件电路设计计算及选择开关电源设计基本参数：输入电压范围： DC+18V~36V 整流输出DC 额定电压+24V 输出电压范围： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 输出纹波电压： 2% 开关电源频率： 50KH4.1“设计电源”预估算：1、总的输出功率： ∑-=nm outout out IVP 1)(（4—1）A A 25⨯=W 10=2、估计输入功率estoutin P P η=（4—2）8.010W= W 5.12=注：①式中，η为电源效率，取0.8②输入功率值DC-DC 部分。
3、直流输入电压：设计指标要求，DC 直流电压：V in ：DC18V~36V 可调； 输入额定电压为DC+24V 。
4、平均输入电流 ⑴最大输入电流：lowinhigh V P I =（4—3）V W185.12= =0.69A⑵ 额定输入电流：)(now in in op V P I =（4—4）V W245.12==0.52A从最大电流输入值0.69A 可见，开关电源变压器的一次绕组电流容量可选线标0.64A ，导线直径为0.63mm ，带绝缘直径0.721mm ，导线面积S=0.32mm 2。
因为设计输出最大电流为2A ，所以，二次绕组的电流容量可选线标2.5A ，导线直径为1.12mm ，带绝缘直径为1.247mm ，导线截面积S=1.04mm 2。
UC3842及外围电路消耗功率小，本次设计所需电流不大可大概从线标中选择电流容量为0.51A ，导线直径为0.560mm ，带绝缘直径为0.650mm ，导线面积S=0.26m 2。
5.估计峰值电流：(min)in outPK U KP I =（4—5）V W18105.5⨯==3.056(A) 式中：系数选定由事先的拓扑决定，本次设计采用反激式电路。
K=1.4 （对于Buck 电路、推挽电路和全桥电路） K=2.8 （对于半桥电路和正激式电路）K=5.5 （对于Bost 、Buck-Boost 和反激式电路）6. 电源频率50KHz 。
半桥式开关电源变压器参数的计算_图文(精)
劲锐科技推出XL6003单...LED 照明设计基础知识-...逆变器初学者必看制作...SG3525的纯硬件SPWM 驱...恒流驱动源研究及在太...开关电源原理与设计（连载41）半桥式开关电源变压器参数的计算陶显芳时间：2009-08-20 3946次阅读【网友评论1条我要评论】收藏1-8-2-5．半桥式开关电源变压器参数的计算半桥式变压器开关电源的工作原理与推挽式变压器开关电源的工作原理是非常接近的，只是变压器的激励方式与工作电源的接入方式有点不同；因此，用于计算推挽式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的数学表达式，只需稍微修改就可以用于半桥式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的计算。
A ）半桥式开关电源变压器初级线圈匝数的计算半桥式变压器开关电源与推挽式开关电源一样，也属于双激式开关电源，因此用于半桥式开关电源的变压器铁心的磁感应强度B ，可从负的最大值-Bm ，变化到正的最大值+Bm，并且变压器铁心可以不用留气隙。
半桥式开关电源变压器的计算方法与前面推挽式开关电源变压器的计算方法基本相同，只是直接加到变压器初级线圈两端的电压仅等于输入电压Ui 的二分之一。
根据推挽式开关电源变压器初级线圈匝数计算公式（1-150）和（1-151）式：设直接加到半桥式开关电源变压器初级线圈两端的电压为Uab ，且Uab =Ui/2 ，则上面（1-150）和（1-151）式可以改写为：上面（1-174）和（1-175）式就是计算半桥式开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的公式。
式中，N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数，S 为变压器铁心的导磁面积（单位：平方厘米），Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度（单位：高斯）；Uab 为加到变压器初级线圈N1绕组两端的电压，Uab =Ui/2 ，Ui 为开关电源的工作电压，单位为伏；τ = Ton，为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度（单位：秒）；F 为工作频率，单位为赫芝，一般双激式开关电源变压器工作于正、反激输出的情况下，其伏秒容量必须相等，因此，可以直接用工作频率来计算变压器初级线圈N1绕组的匝数；F 和τ取值要预留20%左右的余量。
半桥式开关电源变压器参数的计算
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2011-8-8
开关电源原理与设计（连载41）半桥式开关电源变压器参数的计算
F为工作频率，单位为赫芝，一般双激式开关电源变压器工作于正、反激输出的情况下，其伏秒 容量必须相等，因此，可以直接用工作频率来计算变压器初级线圈N1绕组的匝数；F和τ取值要预留 20%左右的余量。式中的指数是统一单位用的，选用不同单位，指数的值也不一样，这里选用CGS 单位制，即：长度为厘米（cm），磁感应强度为高斯（Gs），磁通单位为麦克斯韦（Mx）。
开关电源原理与设计（连载41）半桥式开关电源变压器参数的计算
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开关电源计算公式
开关电源计算公式开关电源是一种常见的电源类型，它通过控制开关管的导通和截断来实现电压转换调节的功能，广泛应用于电子设备和电力系统中。
开关电源的计算公式涉及到多个参数和电路特性，下面将详细介绍。
一、基本参数：1.输入电压（Vi）：即电源供电的电压大小，用V表示，比如220V、110V等。
2.输出电压（Vo）：即开关电源输出的电压大小，用V表示，比如+12V、+24V等。
3.输出电流（Io）：即开关电源输出的电流大小，用A表示，比如2A、5A等。
二、功率计算：功率是电流和电压的乘积，开关电源的功率计算公式为：P=Vo×Io三、效率计算：效率是输出功率与输入功率的比值，开关电源的效率计算公式为：η=(Po/Pi)×100%四、输入功率计算：输入功率是电源输入电流（Ii）与输入电压（Vi）的乘积，开关电源的输入功率计算公式为：Pi=Vi×Ii五、开关管损耗计算：开关管的损耗通过开关管导通和截断的交替工作来产生，损耗可以分为导通损耗和截断损耗两部分：1.导通损耗：开关管导通时，通过管的电流会引起导通损耗，计算公式为：Pd=Vf×If2.截断损耗：开关管截断时，截断电流流过管的电压会引起截断损耗，计算公式为：Prr = Vrr × Irr六、开关频率计算：开关频率是指开关管进行导通和截断操作的次数，一般以kHz为单位，计算公式为：f = 1 / (Ton + Toff)其中，Ton为导通时间，Toff为截断时间，可以通过控制电路来调节。
七、电感器选取：开关电源中的电感器用于存储和释放能量，通常根据输入电压、输出电压和输出电流来选择，具体选取的公式和设计方法较为复杂，需要参考开关电源设计手册或相关资料。
八、输出电容器选取：开关电源中的输出电容器用于平滑输出电压，一般需要根据输出电压的波动范围和负载变化情况来选取。
具体选取的公式和设计方法也较为复杂，需要参考开关电源设计手册或相关资料。
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变压器和电感部分变压器T2和滤波电感T1参数输出电压Vout=24V ，电流Iout=20A ，Pout=480W 。
Rt=6.8K,Ct=1NF,震荡频率F=1Rt∗Ct =147KHZ 。
输出频率F=震荡频率/2=73.5KHZ,周期T=173.5KHZ =13.61uS ，N p 初级圈数，N m 次级圈数。
AC 输入电压220V ±15%，即AC180V-250V DC=200V-400V 之间（算上50V 纹波） V in （min ）=180*1.4-50≈200V, V in （max ）=250*1.4+50≈400V ，50V 为纹波电压。
每个开关管的最大占空比为0.4，则一个周期内两个开关管的最大占空比之和为0.8。
T2不开气隙，L1要开气隙。
第一，初次级和充电部分线圈匝数的计算（初级有一个线圈，次级和充电部分都有两个线圈）选用EER42/15（即EC42/15）磁芯架构，PC40材质，100度时饱和磁通密度Bsat=3900*10^(-4) T ，剩余磁通Bres=0.095T,为保证磁芯工作在磁滞回线的线性部分（在磁滞回线弯曲部分之前）取Bmax=2250*10^(-4) T=0.195T （PC40一般取0.18-0.25T 。
若取得过大，可能会进入弯曲部分，甚至会进入饱和状态。
若开了气隙，可利用的线性部分变大，可适当取大些，本变压器没有开气隙，应该选偏小点）磁芯截面积Ae=1.94cm 2，则单端磁通Δb=Bmax-Bres=0.195T-0.095T=0.1T=1000G （高斯）（即为可利用的磁通密度范围，频率低于50KHZ 时选用1600G ，频率越高该值越小,本变压器频率为73.5KHZ ）， 半桥电源的磁通范围在第一和第三象限，则ΔB=2*Δb=0.2T=2000G （其中一个开关管导通时，磁通密度变化范围可从相应的负1000G 到正1000G ）若最低输入电压Vin min= Vin (min )/2=200V/2=100V,最大导通时间T on (max )=0.8T/2=0.4∗13.61uS =5.44uS ，则初级线圈数N p =(Vin min −1)∗T on (max )∗10^8Ae∗ΔB =99∗5.44∗10^(−6)∗10^81.94∗2000=13.88≈14圈（取偶数，好绕线）初级线圈为一个线圈（Q1导通或Q2导通时共用该初级线圈），而次级线圈由两个线圈（Nm1和Nm2）构成，其中一个线圈对应着Q1导通进行半波整流输出，另一个线圈对应着Q2导通进行半波整流输出，两个输出进行并联进行总的输出，则在一个周期内，输出电压等于两个线圈分别半波整流输出之和，若每个开关管最大导通时间为0.8T/2=0.4T ，则Vout =[(V in min -1)* Nm1Np -V d ]* 0.4T T +[(V in min -1)* Nm2Np -V d ]* 0.4T T由于Nm1=Nm2，令Nm=Nm1=Nm2，则Vout =[(V in min -1)*Nm1Np -V d ]* 0.4T T +[(V in min -1)* Nm2Np -V d ]* 0.4T T =[(V in min -1)* Nm Np -V d ]* 0.8T T =[(100V-1V)* Nm Np -1]* 0.8T T =[99* Nm 14-1]* 0.8=24V ，则Nm=4.38≈5圈（偏多一点对应着占空比偏小一点，更安全一点），则Nm1=Nm2=5圈，则次级线圈的每一部分为5圈。
由于充电电压是充电整流电压累加在24V 基础上的，并且充电线圈和输出线圈工作方式相同，则充电电压=Vout+ V charge =24V+ V charge =2*(12V+1.7V)+0.7V=28.1V,则V charge =4.1V,则V charge =[(V inmin -1)* Ncharge Np -V d ]* 0.8T T =[(100V-1V)* Ncharge Np -1]* 0.8T T =[99* Ncharge 14-1]* 0.8=4.1V ，则N charge =0.87≈1圈，取N charge =1圈，验证V charge ，则V charge =[99* 114-1]* 0.8=4.86V ， 则充电电压=24V+4.86V=28.86V ，比28.1V 稍微大一些，符合要求。
N charge1=N charge2=1圈。
即初级线圈数N p =14圈（分两段绕线），次级Nm1=Nm2=5圈，充电N charge1=N charge2=1圈输出为两个半波整流相加，即为全波整流。
第二，初次级和充电部分电流的计算令初级电流脉冲等效的平顶脉冲峰值为I pft ，按效率80%计算，则P in *80%=P out ，则P in =1.25*P outP in =[V in(min)/2]*I pft*(0.8T/T)=1.25*P out ,则I pft =3.13∗PoutVin （min ）=3.13∗480W 200V =7.52A ，则初级有效电流Ip(rms)=I pft*√0.8T/T =7.52A*0.895=6.73A次级有效电流Im(rms)=I out*√0.4T/T =20A*0.633=12.65A充电电流Icharge 按1.5A 算，则充电有效电流Icharge(rms)=I charge*√0.4T/T =1.5A*0.633=0.95A第三，输出滤波电感L1和滤波电容的计算输出必须在连续工作模式，就有一个最小输出电流Imin ，一般取Imin=(1/10)*Iout ，若Iout 比较大，可取Imin=(1/20)*Iout ，甚至更小（因为额定输出电流很大时，按照1/10的比例算，Imin 也会变大，这样在负载很轻或者临近空载之前，就已经进入了不连续模式，所以Imin 不能太大，应该减小Imin 的值，则相应的比例也就较小了，可取1/20甚至更小，做法是使电感量偏大些，冲击电流变小些，那么最小输出电流也就减小了，损耗也就减小了，不过这样反馈会变迟钝些），Iout=20A ，取Imin=(1/20)*Iout=1A ，则输出滤波电感为 L=0.05∗Vout∗T Imin =0.05∗24V∗13.61uS 1A =16.33uH滤波电感斜坡电流的峰峰值dI=2* Imin=2A ，有效电流I 滤波(rms)=I out =20A按纹波50mV 计算，则Vor=50mV=0.05V ，铝电解电容的R O C O 值范围为50*10^(-6)到80*10^(-6)，（R O 为等效串联电阻，C O 为电容值，R O C O 平均值为65*10^(-6)），取最大值80*10^(-6)计算，则C=C O =80∗10^(−6)Ro =80∗10^(−6)Vor/dI =80*10^(-6) *(dI/Vor)= 80*10^(-6) *(2/0.05)=3200uF ，由于单个电容的容值很难达到3200uF,可用两个电容并联，并且也能减小电容的ESR 值，则单个电容值=(3200/2)uF=1600uF 。
可用两个2200uF/35V 的电容并联。
由于输出滤波线圈已经能保证输出为连续模式，则对滤波线圈充电部分无要求，为节省成本，可绕一圈，充电部分滤波电容用470uF/35V 的铝电解电容。
第四，输出滤波电感L1匝数的计算L1的电感量为16.33uH,选用EI40卧式(7+7)作为滤波电感的骨架，为防止磁芯磁通饱和，需要垫气隙，即L 有气隙=16.33uH ，可设有气隙时的电感量为无气隙电感量的5%，即L 有气隙=5%*L 无气隙，则L 无气隙=L 有气隙/5%=16.33*20uH=326.6uH 。
EI40单圈电感量La=4.86uH ，则N 滤波=(326.6/4.86)^0.5=√326.6/4.86=√67.2=8.2≈8圈(选偏小点，则滤波磁芯所垫的气隙稍小一点点)由于滤波电感主输出已经能保证输出为连续模式，则滤波电感充电部分对线圈匝数已无要求，为节省成本，可绕制1圈，则Lcharge=4.86uH*5%=0.243uH 。
第五，变压器T2和滤波电感线L1线径的选择按电流密度400c.m./A 算（其实按200c.m./A 算也可安全使用，若电流中等或大的话就按200c.m./A 算，电流小的话按300-400c.m.计算），公式Irms*400c.m./A,则变压器T2线径计算如下：初级=200*6.73(A)=1346c.m.,选18号线，D=1.1mm ，为减小趋肤效应，可用150股9.61c.m./A 的丝包线代替，150x9.61c.m=1441.5c.m>1346c.m., 满足要求,D=0.1mm ， 也可用5根320.4c.m./A 的丝包线并绕，5x320.4c.m=1602c.m>1346c.m., 满足要求,D=0.5mm 。
次级=200*12.65(A)=2530c.m. 选16号线，D=1.36mm ，为减小趋肤效应，可用150股9.61c.m./A的丝包线两根并绕代替，300x9.61c.m=2883c.m>2530c.m.，D=0.1mm （电流过于偏大的话，最好用多股丝包线，因为无论从绕线是否方便，成本等方面考虑，都会好一些）。
充电绕组=400*0.95(A)=380c.m.,选24号线，电流密度为404.0c.m./A，为减小趋肤效应，可用2根201.6c.m./A的线并绕，2x201.6c.m=403.2c.m>380c.m., 满足要求,D=0.4mm。
滤波电感L1线径计算如下：滤波电感=200*20(A)=4000c.m., 选14号线，D=1.73mm，为减小趋肤效应，可用5根线并绕，4000c.m/5=800c.m的丝包线代替，选21号线，电流密度812.3c.m.，则5*812.3c.m.=4061.5c.m>4000c.m.，满足要求，D=0.8mm。
（滤波部分可用5组进行绕线）充电部分=400*1.5(A)=600c.m. 可选22号线，电流密度640.1c.m./A，D=0.7mm ，为减小趋肤效应，可用2根320.4c.m./A的线并绕，2x320.4c.m=640.8c.m>600c.m., 满足要求,D=0.5mm。
第六，T2和L1最终参数如下:T2 EER42/15（卧式，8+8）绕线方向（针朝上）：顺时针绕制工艺：（最内层）第1层： 5 到7 绕线：7T X Φ0.5 X 5第2层：9、10 到11、12 绕线：5T X Φ0.1 X 150股丝包线2根第3层：13、14 到15、16 绕线：5T X Φ0.1 X 150股丝包线2根第4层： 3 到2 绕线：1T X Φ0.4 X 2第5层： 1 到3 绕线：1T X Φ0.4 X 2第6层：8 到6 绕线：7T X Φ0.5 X 5每层之间缠绕两层隔离胶带。