正激式电源原理设计演示课件

2020/6/27
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输出滤波器的计算
扼流圈的计算： ΔIL=（Voutmin-（Vd+Vout））Tonmax/L 一般ΔIL取输出电流Iout的10~30%，我们一般取20%； 所以得：L= （Voutmin-（Vd+Vout））Tonmax/ ΔIL 计算线径时可以按5A/mm2。 输出电容的计算： 一般输出纹波取Vout的（0.3~0.5%） ΔVR=（0.3~0.5）×Vout/100 又因为： ΔVR= ΔIL ×ESR 所以也：就E是S在R=一Δ定VR的/ Δf下IL这，里查就出可ES以R计的算值出。电容的等效输出阻抗， 作业题：请收集适合于正激式开关电源的PWM控制IC。
内完成，同时取Vr=Vin。
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采用变压器绕组复位电路
上述RDC复位电路，由于变压器存储的能量全 部被电阻Rr所消耗，结果成了无用功。采用复 位绕组N3，可以实现能量的回收。
由于复位绕组N3的端电压被嵌位为输入电压Vin， 那么初级绕组Np产生复位电压Vr为： Vr=Np×Vin/Nr 只要减少复位绕组的匝数，即可使Vr上升，从 而在很短的时间tr内完成变压器复位。
Ns=（Voutmin×Tonmax）×104/（Bmax×Ae） Bmax：最大工作磁通密度，取Bsat/2=Bmax； Ae：磁芯有效截面积，mm2； 变压器的初级匝数计算：
Np=（Vinmin×Tonmax） ×104 /（Bmax×Ae）
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变压器的参数计算3
变压器的电感量计算： L=Np2×AL×106 （uH）
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通，变压器的初级绕组流过电流，此电流由两 部分组成：第一部分为磁化电流，即流经等效 开环电感上的电流；第二部份是与输出电流等 效的初级电流，它和初次级匝比成反比，和输 出电流成正比。
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正激式电路工作原理2
储存在电感上的能量必须在功率开关关断后下一次开 启前泄放掉，以便使磁通复位。N3即为去磁绕组，一 般N3=N1。
件，另外还要求较低的纹波和较高的效率
等，所有这些挑战使得采用正激式必较合 适。
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电路原理的框图
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正激式电路工作原理1
一般正激式
上图所示为单端正激式电路，它犹如带变压 器的Buck型变换器。输出电压UO由N2/N1、 占空比D和输入电压确定，即：
Uo =（Ns/Np）×D×Uin。 当PWM控制器输出正脉冲，功率开关导
这里的，AL：电感量系数； 磁芯的选择：
AP=Ae×Ac=Pt×106 /2×η×Bmax×d×Km×Kc 这里的，（计算出AP值后，选磁芯时要选用2倍以上才可以） Bmax：最大工作磁通密度，取Bsat/2=Bmax，（T）； Pt：输出功率的平均值，（W）； d：导线的载流能力，（5A/mm2）； Km：窗口的填充系数，0.2~0.4； Kc：磁芯的填充系数，铁氧体为1； 计算出来的AP值，再选用Ae时要稍大一些。
范围输入的电源设计选用高耐压的场效应管（最高输 入直流电压Uimax×2使用）仅仅是为了对付高端输入 有点不太经济。
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变压器复位电路
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变压器复位电路分析
上图中，若开关晶体管Tr1截至，则变压器Np绕组产生反 向电动势，二极管Dr导通，同时对Cr充电，Rr与Cr并联， Cr上的电荷被Rr消耗。
正激式电源概述
一般DC/DC模块电源，功率级一般从几瓦到几 十瓦，输出电压从几伏至上百伏，对于几十瓦 的电源，一般以低压大电流为主，有5V/10A、 5V/6A、3.3V/8A等规格，效率一般在80％左右 （具体视输出电压大小可以按要求设计）。因 为模块电源要求MTBF（平均无故障时间） 1000000小时以上，所以要尽量避免使用电解电 容，最好使用陶瓷电容。陶瓷电容容量不大， 具有非常好的高频特性。此外，DC/DC模块电 源的厚度要求小于12.7mm，所以对变压器的要 求高，磁芯必须具有扁平的形状和在高频情况 下具有较小的损耗因子 。
变压器实现复位的条件是Rr所消耗的功率等于变压器所储 存的能量，设Cr的电压为Vr，则： Vr=√（Rr×f/2Lp）×Vin×Ton
设变压器复位时间为tr，则复位条件为： Vin×Ton=Vr×tr，同时复位的动作必须在Tr1的OFF期间内结
束，那么绝对条件就是：
tr≦Toff 可见Rr过大，复位电压Vr将迅速上升，复位要在很短的时间
由于MOS管和二极管的耐压条件有限，一般取 Vr=Vin，因此Np=Nr。
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正激式变压器的设计
正激式变压器上与反激式差不多，只是增 加了一组磁芯复位绕组，这里的N3和圆 边绕组匝数相同即可。
正激式变压器输出的特点是：
输出变压器初级和次级的极性相同，开 关管ON期间，向输出一侧传输电能。
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磁性材料选择说明
通常选用的芯材有TDK的PC40/44、 PC50或菲利浦的3F3、3F4，国产的如金 宁R2KD、R2KBD、R2KB1还有南京新康 达HP2、HP3等。形状以罐型为主，因为 罐型磁芯具有较好的屏蔽，EMI中的棘手 问题——辐射也就好解决得多了。同时不
能使局部温度太高，必须均衡放置发热元
次级整流电路采用扼流线圈输入型平均 值整流方式。
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变压器的参数计算1
计算工作周wenku.baidu.com： T=1/f 这里的，f：开关的工作周期；
最大导通时间： Tonmax=T×Dmax
这里的，对于正激式 ，Dmax：0.4~0.45较好，一般取0.42； 变压器的次级电压计算：
Voutmin=（Vout+VL+VD）×T/Ton Voutmin：次级最小输出电压，V；
如果设计一个36V至72V直流输入、5V/6A输出的模块 电源，当去磁绕组与初级绕组的匝比为1时， Udsr=72V＋72V=144V。选用反峰Uds为200V的 IRF630场效应管，仅有50V的裕量用于承受异常时和 叠加在此电压上的尖峰脉冲。场效应管的Rds与允许 的Udsr成反比，如IRF630的Rds是0.4Ω,而耐压为 100V的同系列产品IRF530N为0.11Ω。很显然，对宽
Vout：输出电压，一般是给定值； VL：输出电感压降，一般取0.2V； VD：输出整流二极管压降，0.5~0.8V；
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变压器的参数计算2
变压器的匝比计算： 一般要把交流换算成直流才计算： Vinmin（dc)=Vacmin×1.4×0.9
所以变压器的匝比：
N=Voutmin/Vinmin 变压器的次级匝数计算：