開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù).課件

1、開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)1 線性電源缺點(diǎn)：效率低，體積大，重量大。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，干擾小。2開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)高可靠性高功率密度低待機(jī)功耗高功率因數(shù)3開(kāi)關(guān)電源基本拓樸BUCK 降壓變換器非隔離電源應(yīng)用，典型應(yīng)用如MC34063，LM2576等。4開(kāi)關(guān)電源基本拓樸BUCK BOOST 極性反轉(zhuǎn)變換器非隔離電源應(yīng)用，典型應(yīng)用如MC34063等。6開(kāi)關(guān)電源基本拓樸FLYBACK 單端反激變換器元件少，成本低，小功率電源應(yīng)用很廣泛，輸出功率小于70W。7開(kāi)關(guān)電源基本拓樸2 SWITCH FORWARD 雙管正激變換開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力降低，輸出功率可以達(dá)到400500W，但驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜。9開(kāi)關(guān)電源基本拓樸ACTIVE

2、CLAMP FORWARD 有源鉗位正激變換器 能很好地實(shí)現(xiàn)無(wú)損吸收，能達(dá)到電源較高效率的要求 ，但調(diào)試?yán)щy，較少應(yīng)用。10開(kāi)關(guān)電源基本拓樸PUSH PULL 推挽變換器 開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力大（Vin），且容易出現(xiàn)磁通不平衡現(xiàn)象，目前較少應(yīng)用。11開(kāi)關(guān)電源基本拓樸HALF BRIDGE 半橋變換器 通過(guò)串聯(lián)電容C3可以自動(dòng)修正，避免磁心飽和 。應(yīng)用比較廣泛。但C1和C2體積太大，影響電源體積。12開(kāi)關(guān)電源基本拓樸FULL BRIDGE 全橋變換器應(yīng)用于大功率電源，控制比較復(fù)雜。13功率因數(shù)校正Power Factor Correction (PFC)為什么要進(jìn)行功率因數(shù)校正？如何實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正？

3、14功率因數(shù)校正（PFC）無(wú)PFC的典型電路和線路波形16無(wú)PFC的電路對(duì)電網(wǎng)的影響 (1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。 (2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。 (4)造成線路高諧波成份。 功率因數(shù)校正（PFC）無(wú)PFC的電路對(duì)元件選擇的影響 1、共模電感 2、整流二極管 3、初級(jí)濾波電容17無(wú)源功率因數(shù)校正缺點(diǎn) (1)功率因數(shù)不高。 (2)由于工作在工頻，要求電感量大，電感體積就大。（3）工作范圍窄，需要開(kāi)關(guān)切換。19功率因數(shù)校正（PFC）PFC的實(shí)現(xiàn) 從上式可以看出，在正弦半波內(nèi)，只要Ton是常數(shù)，Ip將和Vin成線性關(guān)系，所以Ip的平均值也將是正弦波

4、，從而實(shí)現(xiàn)PFC功能。20公司使用的PFC芯片LT1249功率因數(shù)校正（PFC）21開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法單端反激電源設(shè)計(jì) 1、確定系統(tǒng)要求：Vacmax、 Vacmin、Vo、Io、Po、2、根據(jù)輸出要求選擇反饋電路和偏置電壓Vb：TL431或穩(wěn)壓管Vb推薦 15V223、根據(jù)輸入電壓和Po確定輸入電容Cin。推薦 2uF3uF/ W開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法23開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法4、根據(jù)輸入電壓確定反射輸出電壓Vor和鉗位齊納二極管電壓Vclo。設(shè)定反射電壓： Vor135V使用200V鉗位齊納二極管， Vclo 200V P6KE200A 24開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法26開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法6、根據(jù)Vmin和Vor確

5、定 Dmax 推薦設(shè)定： Dmax 0.4。7、計(jì)算初級(jí)峰值電流Ip 連續(xù)模式（Kp 1） 不連續(xù)模式（Kp 1） 27開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法9、根據(jù)交流輸入電壓Vac，Po和選擇開(kāi)關(guān)元件（PI）10、計(jì)算變壓器初級(jí)電感Lp連續(xù)模式 不連續(xù)模式 29開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法11、根據(jù)fs和Po選擇磁芯和骨架，并從磁芯骨架產(chǎn)品目錄中確定Ae，Le，Al，和Bw。以上數(shù)據(jù)查表得到。12、設(shè)定初級(jí)繞組層數(shù)L和次級(jí)繞組圈數(shù)Ns。開(kāi)始時(shí)用L2開(kāi)始時(shí)每伏輸出電壓，用Ns0.6匝0.8匝/ VL和 Ns可以調(diào)整30開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法13、計(jì)算初級(jí)繞組匝數(shù)Np和偏置繞組匝數(shù)Nb。計(jì)算初級(jí)匝數(shù)： 計(jì)算偏置繞組匝數(shù) ：校核最大磁

6、通密度Bm和氣隙長(zhǎng)度，可以調(diào)整L和Ns或磁芯/骨架。3114、計(jì)算次級(jí)峰值電流Isp。開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法15、計(jì)算次級(jí)有效值電流Isrms。連續(xù)模式（大）不連續(xù)模式： 根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果確定次級(jí)繞組導(dǎo)線直徑。32開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法16、確定次級(jí)和偏置繞組最大反向峰值電壓PIVs，PIVb。次級(jí)繞組最大反向峰值電壓PIVs偏置繞組最大反向峰值電壓PIVb33開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法17、確定次級(jí)整流管和偏置繞組整流管。 整流管額定反向耐壓：Vr 1.25 PIVs 整流管額定電流：Id 3Io34開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法18、確定次級(jí)輸出電感L和濾波電容C。 次級(jí)輸出電感L：采用3.3uH 濾波電容：低ESR 多電容

7、并聯(lián)使用3519、確定輸入整流橋開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方法額定反向電壓：額定有效值電流：ID 2IACRMS 無(wú)功率因數(shù)電路時(shí)PF取0.5。36單端反激電源典型波形次級(jí)整流二極管波形37單端反激電源介紹單端反激 動(dòng)畫(huà)演示： topology.swf38變壓器設(shè)計(jì)軟磁磁芯特點(diǎn)：較高的導(dǎo)磁率，低的矯頑力，高的電阻率。 導(dǎo)磁率高，在一定的線圈匝數(shù)時(shí)，通過(guò)不大的激磁電流就能有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈就能承受較高的外加電壓，因此在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯回環(huán)面積小，則鐵耗也小。高的電阻率，則渦流小，鐵耗小。 39變壓器設(shè)計(jì) 磁化曲線一般來(lái)說(shuō)是非線性的，具有2個(gè)特點(diǎn)：磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象

8、。即當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H足夠大時(shí)，磁化強(qiáng)度M達(dá)到一個(gè)確定的飽和值Ms，繼續(xù)增大H，Ms保持不變；以及當(dāng)材料的M值達(dá)到飽和后，外磁場(chǎng)H降低為零時(shí)，M并不恢復(fù)為零，而是沿MsMr曲線變化。 動(dòng)畫(huà)演示： magnetic磁性材料的磁化曲線 ：40變壓器設(shè)計(jì)變壓器的主要作用： 電氣隔離； 磁耦合傳送能量； 變比不同，達(dá)到升壓或降壓。為什么自己設(shè)計(jì)變壓器 主要是涉及的參數(shù)太多，如：功率，電壓，電流，頻率， 溫度，電感量，變比，漏電感，磁材料參數(shù)、銅損耗， 鐵損耗 等 41變壓器設(shè)計(jì)獨(dú)立繞組42變壓器設(shè)計(jì)堆疊繞組43變壓器設(shè)計(jì)變壓器的結(jié)構(gòu)44變壓器線徑計(jì)算以每平方毫米通過(guò)5A電流計(jì)算，考慮趨膚效應(yīng)，使用多股線或銅

9、帶。 （交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，各個(gè)部分的電流密度不均勻，導(dǎo)體內(nèi)部電流密度小，導(dǎo)體表面電流密度大趨膚） 變壓器設(shè)計(jì)變壓器加工圖紙的要求 首先變壓器電氣性能標(biāo)示完整； 其次初步估算窗口面積，考慮可制造性； 最后圖紙完整性和可閱讀性（制造商能讀懂）。45電源設(shè)計(jì)技術(shù)安規(guī)設(shè)計(jì) 安全間距，漏電流，阻燃材料選擇等?？煽啃栽O(shè)計(jì) 應(yīng)用成熟電路，電子元件的選用，降額設(shè)計(jì)（電阻），熱設(shè)計(jì)等?？删S護(hù)性設(shè)計(jì) 方便生產(chǎn)、維修等。46PCB布局和走線技巧 地線環(huán)路盡量?。ㄅe例：AD23次級(jí)地線走線 ） 變壓器次級(jí)環(huán)路盡量?。ōh(huán)路等效電感感會(huì)折算到初級(jí)） 電容引腳走線 散熱器的放置 電位器的放置。 電源設(shè)計(jì)技術(shù)47電源設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)關(guān)電源的最佳布置的流程 a ) 放置變壓器或電感； b ) 布置功率開(kāi)關(guān)管電流環(huán)路