开关电源主电路方案选择与设计

输入电压范围..............90～264VAC， 120-370VDC 输入电流..................2.0A/115V 1.1A/230V，输入频率：47～63HZ 冲击电流..................冷启动电流 20A/115V 40A/230V 漏电流....................< 2mA/240VAC 输出电压调节范围..........CH1 ： -5～+10% 电压调整率................CH1：< 1% ， CH2：< 1% 负载调整率................CH1：< 3% ，CH2/3：< 4-8% 过载保护..................105%～150% 保护类型：电流限制，自动恢复 过压保护..................115-135%CH1额定输出电压 温度系数..................±0.03%℃(0～50℃) 启动、上升、保持时间......800ms,60ms,20ms 抗震性....................10～500Hz,2G 三轴 10min./1周期,每轴1小时 耐压性....................输入-输出：3KVAC，输入-外壳：1.5KVAC， 输出-外壳：0.5KVAC 1分钟 绝缘电阻...............输入-输出、输入-地、输出-地 500VDC/100M Ohms 工作温度、湿度............-10℃～+60℃，20%～90%RH(0-45℃/100%, -10℃/80%,60℃/60% LOAD） 存储温度、湿度............-20℃～+85℃,10%～95RH 外形尺寸..................199*99*50mm CASE 916A 重量......................0.6kg；20pcs/13kg/1.17CUFT 安全标准..................满足UL1310,TUV EN60950要求 EMC/谐波标准............... 满足 EN55022 class B/A,EN61000-3-2,3 EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11,ENV50204
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二 、选择合适主电路拓扑(AC-DC)（1）
基本原则：功率等级，成本，效率，尺寸大小
• 功率在75瓦以下时，一般不对输入侧谐波进行限制。因此选用电 路简单、成本低廉的反激式电路。日本限制50W以下。照明要求 更高，25W。 电路功率在75瓦以上一般电源要求满足谐波IEC61000-3-2。一般 要求有功率因数校正，因此大多采用两级的方案。 Boost PFC+Flyback; <100W Boost PFC+half bridge 100W< <500W • 当更大功率（500瓦以上），可采用半桥或者全桥。成本要求严， 就选择半桥，功率大则选择全桥。推挽型电路通常用于功率较 大，输入电压很低的场合。
•
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二 、选择合适主电路拓扑(AC-DC)（2）
• 一般功率小于20W时，由于电源的损耗以磁元件，开关，和驱动 损耗为主，通态损耗比重小（电流小），因此选择电路拓扑简单 的方案。如 DCM Flyback。 • 当电源的损耗以通态损耗为主时（大功率，或者低压大电流）， 需要考虑能够降低通态损耗的方案。比如：同步整流，多级转 换，并联，混合拓扑等。
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三、元器件设计
• 例：Flyback主电路中哪些元器 件需要我们设计?
① 计算电路工作参数。输入、输出电压 ② 运行参数。开关频率、最大占空比 ③ 变压器。 ④ 开关管－电压，电流 ⑤ 副边二极管－电压、电流 ⑥ 输出滤波电容 ⑦ 吸收电路
iL
1
iL2折算 到原边
iL
2
iL1折算到 副边
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举例：小功率DCM of Flyback （1） 设计步骤
（一）、确定输入直流母线的电压变化范围： 1）随输入变化范围 2）每个工频周期内电压变化
直流母线 AC输入： 90－135
Flyback
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举例：小功率DCM of Flyback （2）
母线电压变化范围 Vlinemax*1.4-VDCmin
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举例：小功率DCM of Flyback （3）
（二）、设计开关频率fs，最大占空比 Dmax＝0.45
• • 按照要求设定开关频率 根据输入功率，并假定最低电压最大占空比，刚好临界连续，然 后确定电感峰值电流
Pinmax＝Pomax/efficiency Iavgmax=Pinmax/VDCmin Ipeak=2*Iavgmax/D
ip
Ts Ipeak Iavgmax
D*Ts
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举例：小功率DCM of Flyback （4）
（三）、设计反激变压器
– 根据最大峰值电流，确定原边电感量 Pinmax＝0.5*Lm*Ipeak2*fs – 根据经验，选定磁芯尺寸，计算原边匝数。 Np＝（Lm*Ipeak)/(Ae*Bmax) Ae是磁芯截面积；Bmax是设计的最大磁通密度。 – 根据电感量和匝数，设计气隙。 – 根据原边开关管的额定电压选择合适的匝比。为了获得较好 的副边交叉调整率，有时候需要调整变压器原边的匝数。 例：副边 Vo1：Vo2＝5：3 初步计算得到：Ns1＝3，Ns2＝1.8；如果Ns2取2匝，则调整率 可能比较差。于是，修改副边匝数，Ns1=5，Ns2＝3。
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举例：小功率DCM of Flyback （5）
(四）、开关管选择：功率MOSFET
• 开关管电压应力： 例：原边选择650V的MOSFET，则原边的开关管 的电压应力不应超过600V。 于是计算最大应力： Vpmax=VDCmax＋（Vo＋Vdrop）*Np/Ns+60V • 开关管电流应力：
– 计算变压器原边的最大电流 iL
一般情况下：Vo*Np/Ns<140V； 考虑，原边开关管的应力，副边二极 管的电压应力， 最大占空比 三者折衷。
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iL2折算 到原边
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