开关电源设计技术

I SP
IP
NP NS
连续模式（大）
I srm s
ห้องสมุดไป่ตู้
ISP
（1
-
DMAX）
(
K
2 P
3
KP
1)
不连续模式：
Isrms I SP
1 - DMAX 3 KP
根据上面计算结果确定次级绕组导线直径。
32
开关电源设计方法
16、确定次级和偏置绕组最大反向峰值电压PIVs，PIVb。
次级绕组最大反向峰值电压PIVs
开关电源设计技术
线性电源
缺点：效率低，体积大，重量大。 优点：电路简单，干扰小。
2
开关电源发展趋势
• 高可靠性 • 高功率密度 • 低待机功耗 • 高功率因数
3
开关电源基本拓朴
• BUCK 降压变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063，LM2576等。
4
开关电源基本拓朴
• BOOST 升压变换器
(1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成线路高谐波成份。
• 无PFC的电路对元件选择的影响
1、共模电感 2、整流二极管 3、初级滤波电容
17
功率因数校正（PFC）
• 提高功率因数的方法
一类是无源功率因数校正法； 另一类是有源功率因数校正法，它是通过在电网和电 源装置之间串联插入功率因数校正装置，其中单相 BOOST电路因具有效率高、电路简单、成本低等优点 而得到广泛应用，并称之为有源功率因数校正（APFC） 电路。在有源功率因数校正控制芯片中，其种类繁多， 有峰值电流控制法、平均值电流控制法等。
连续模式（Kp≤ 1）
Irms IP
DMAX
(
K
2 P
3
KP
1)
不连续模式（Kp≥ 1）
Irms
DMAX
I
2 P
3
28
开关电源设计方法
9、根据交流输入电压Vac，Po和η选择开关元件（PI）
10、计算变压器初级电感Lp
连续模式
LP
I
2 P
KP
106 PO 1 KP
2
f sm in
18
无源功率因数校正
• 缺点
(1)功率因数不高。 (2)由于工作在工频，要求电感量大，电 感体积就大。（3）工作范围窄，需要开关切换。
19
功率因数校正（PFC）
• PFC的实现
Vin di I LPK L dt Ton
I LPK
Ton L
Vin
I inpk
1 2
I
LPK
从上式可以看出，在
正弦半波内，只要Ton是 常数，Ip将和Vin成线性 关系，所以Ip的平均值
3、根据输入电压和Po确定输入电容Cin。 推荐 2uF～3uF/ W
23
开关电源设计方法
4、根据输入电压确定反射输出电压Vor和钳位齐纳二极管电压Vclo。 设定反射电压： Vor＝135V 使用200V钳位齐纳二极管， Vclo ＝200V P6KE200A
24
开关电源设计方法
5、按所希望的工作模式和电流波形设定初级电流波形参数Kp。 对于通用输入（AC85V～265V）设定Kp＝0.4。
PIVS
VO
VMAX
NS NP
偏置绕组最大反向峰值电压PIVb
PIVB
VB
VMAX
NB NP
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开关电源设计方法
17、确定次级整流管和偏置绕组整流管。 整流管额定反向耐压：Vr≥ 1.25× PIVs 整流管额定电流：Id ≥3×Io
• FULL BRIDGE 全桥变换器
应用于大功率电源，控制比较复杂。
13
功率因数校正
Power Factor Correction (PFC)
• 为什么要进行功率因数校正？ • 如何实现功率因数校正？
14
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的典型电路和线路波形
16
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的电路对电网的影响
30
开关电源设计方法
13、计算初级绕组匝数Np和偏置绕组匝数Nb。
计算初级匝数：
NP
NS
VOR VO VD
计算偏置绕组匝数 ：
NB
NS
VB VDB VO VD
校核最大磁通密度Bm和气隙长度，可以调整L和Ns或 磁芯/骨架。
31
开关电源设计方法
14、计算次级峰值电流Isp。
15、计算次级有效值电流Isrms。
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
5
开关电源基本拓朴
• BUCK BOOST 极性反转变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
6
开关电源基本拓朴
• FLYBACK 单端反激变换器
元件少，成本低，小功率电源应用很广泛，输出功率小 于70W。
7
开关电源基本拓朴
• FORWARD 单端正激变换器
Z
1
不连续模式
LP
106 PO
I
2 P
2
fsmin
Z
1
29
开关电源设计方法
11、根据fs和Po选择磁芯和骨架，并从磁芯骨架产品目 录中确定Ae，Le，Al，和Bw。
以上数据查表得到。
12、设定初级绕组层数L和次级绕组圈数Ns。 • 开始时用L＝2 • 开始时每伏输出电压，用Ns＝0.6匝～0.8匝/ V • L和 Ns可以调整
应用于200W以下的电源。
8
开关电源基本拓朴
• 2 SWITCH FORWARD 双管正激变换
开关管电压应力降低，输出功率可以达到400～500W，
但驱动较复杂。
9
开关电源基本拓朴
• ACTIVE CLAMP FORWARD 有源钳位正激变换器
能很好地实现无损吸收，能达到电源较高效率的 要求 ，但调试困难，较少应用。
10
开关电源基本拓朴
• PUSH PULL 推挽变换器
开关管电压应力大（Vin），且容易出现磁通不平衡现
象，目前较少应用。
11
开关电源基本拓朴
• HALF BRIDGE 半桥变换器
通过串联电容C3可以自动修正，避免磁心饱和 。应 用比较广泛。但C1和C2体积太大，影响电源体积。
12
开关电源基本拓朴
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开关电源设计方法
26
开关电源设计方法
6、根据Vmin和Vor确定 Dmax 推荐设定： Dmax ＜0.4。
7、计算初级峰值电流Ip 连续模式（Kp≤ 1）
IP
1
I AVG
KP 2
D MAX
不连续模式（Kp≥ 1）
IP
2 I AVG D MAX
27
开关电源设计方法
8、计算初级有效值值电流Irms
也将是正弦波，从而实 现PFC功能。
20
功率因数校正（PFC）
• 公司使用的PFC芯片LT1249
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开关电源设计方法
• 单端反激电源设计
1、确定系统要求：Vacmax、 Vacmin、Vo、Io、Po、η 2、根据输出要求选择反馈电路和偏置电压Vb：
TL431或稳压管 Vb推荐 15V
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开关电源设计方法