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    公司新聞
    設計開關電源很難嗎?一步步教你如何設計調試開關電源
    發布時間: 2023-11-10 23:10 更新時間: 2024-12-27 09:10
    針對開關電源很多人覺得很難,其實不然。設計一款開關電源并不難,難就難在做精,等你真正入門了,積累一定的經驗,再采用分立的結構進行設計就簡單多了。萬事開頭難,在這就拋磚引玉,慢慢講解如何一步一步設計開關電源。開關電源設計的第一步就是看規格,具體的很多人都有接觸過。在這里只帶大家設計一款寬范圍輸入的,12V2A的常規隔離開關電源。


    1.首先確定功率根據具體要求來選擇相應的拓撲結構;這樣的一個開關電源多選擇反激式(flyback)基本上可以滿足要求。在這里我會更多的選擇是經驗公式來計算,有需要分析的,可以拿出來再討論。2.初步的電路原理圖設計當我們確定用flyback拓撲進行設計以后,我們需要選擇相應的PWMIC和MOS來進行初步的電路原理圖設計(sch)。無論是選擇采用分立式的還是集成的都可以自己考慮。對里面的計算我還會進行分解。分立式:PWMIC與MOS是分開的,這種優點是功率可以自由搭配,缺點是設計和調試的周期會變長(僅從設計角度來說);集成式:就是將PWMIC與MOS集成在一個封裝里,省去設計者很多的計算和調試分步,適合于剛入門或快速開發的環境。3.做原理圖確定所選擇的芯片以后,開始做原理圖(sch),在這里我選用STVIPer53DIP(集成了MOS)進行設計。設計前zuihao都先看一下相應的datasheet,確認一下簡單的參數。無論是選用PI的集成,或384x或OBLD等分立的都需要參考一下datasheet。一般datasheet里都會附有簡單的電路原理圖,這些原理圖是我們的設計依據。4.確定相應的參數


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    5.確定開關頻率,選擇磁芯確定變壓器這里確定芯片工作頻率為70KHz,芯片的頻率可以通過外部的RC來設定,工作頻率就等于開關頻率,這個外設的功能有利于我們更好的設計開關電源,也可以采取外同步功能。與UC384X功能相近。變壓器磁芯為EER28/28L。


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    6.關于變壓器磁芯的選擇功率大小:小于5w可使用的磁芯:ER9.5,ER11.5,EE8.3,EE10,EE13,RM4,GU11,EP7,EP10,UI9.8,URS75-10W可使用的磁芯:ER20,EE19,RM5,GU14,EFD15,EI22,EPC13,EF16,EP13,UI11.510-20W可使用的磁芯:ER25,EE20,EE25,RM6,GU18,EPC17,EF2020-50W可使用的磁芯:ER28,ETD28,EI28,EE28,EE30,EF25,RM8,GU22,PQ20,EPC19,EFD2050-100W可使用的磁芯:ER35,ETD34,EE35,EI35,EF30,RM10,GU30,PQ26,EPC25,EFD25100-200W可使用的磁芯:ER40,ER42,ETD39,EI40,RM12,GU36,PQ32,EFD30200-500W可使用的磁芯:ER49,ETD49,EC53,EE42,EE55,EI50,RM14,GU42,PQ35,PQ40,UU66大于500W可使用的磁芯:ER70,ETD59,EE65,EE85,GU59,PQ50,UU80,UU93磁芯與傳輸功率對照表


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    7.設計變壓器進行計算輸入input:85~265Vac輸出output:12V2A開關頻率Fsw:70kHz磁芯core:EER28/28L磁芯參數:Ae82mm2以上均是已知參數,我們還需要設定一些參數,就可以進入下一步計算。設定參數:效率η=80%Zui大占空比:Dmax=0.45磁感應強度變化:ΔB=0.2有了這些參數以后,我們就可以計算得到匝數和電感量。輸出功率Po=12V*2A=24W輸入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W輸入Zui低電壓Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc輸入Zui高電壓Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc輸入平均電流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A輸入峰值電流Ipeak=4*Iav=1A原邊電感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw)=120Vdc*0.45/(1A*70K)=770uH這里的4是一個經驗值,當然也是我自己dujia的經驗。至于推導,不用那么麻煩,看下面的圖,你就明白了,下面是DCM時的電流波形;至于CCM加一個平臺,自己可以推導,很簡單。


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    到此Zui重要的一步原邊電感量已經求出,對于漏感及氣隙,我不建議各位再去計算和驗證。漏感Lleakage<>上面計算了變壓器的電感量,現在我們還需要得到相應的匝數才可以完成整個變壓器的工作。1)計算導通時間Ton周期時間T=Ton+Toff=1/FswTon=T*DmaxFsw,Dmax都是已知量70kHz,0.45代入上式可得Ton=6.43us2)計算變壓器初級匝數Np=Vin(min)*Ton/(ΔB×Ae)=120Vdc*6.43us/(0.2*82mm2)=47T(這里的數是一定要取整的,而且是進位取整,我們變壓器不可能只繞半圈或其它非整數圈)3)計算變壓器12V主輸出的匝數輸出電壓(Vo):12Vdc整流管壓降(Vd):0.7Vdc繞組壓降(Vs):0.5Vdc原邊匝伏比(K)=Vi_min/Np=120Vdc/47T=2.55輸出匝數(Ns)=(輸出電壓(Vo)+整流管壓降(Vd)+繞組壓降(Vs))/原邊匝伏比(K)=(12Vdc+0.7Vdc+0.5Vdc)/2.55=6T(已取整)4)計算變壓器輔助繞組(auxturning)輸出的匝數計算方法與12V主繞組輸出一樣因為STVIPer53DIP副邊反饋需低于14.5Vdc,故選取12Vdc作為輔助電壓;Na=6T到這一步,我們基本上就得出了變壓器的主要參數原邊繞組:47T原邊電感量:0.77mH漏感<>上面計算出匝數以后,可以直接確定漆包線的粗細,不需要去進行復雜的計算。線徑與常規電阻一樣,都是有定值的,記住幾種常用的定值線徑。這里,原邊電流比較小,可以直接選用φ0.25一股。輔助繞組φ0.25一股。主輸出繞組φ0.4或0.5三股,不用選擇更粗的,否則繞制起來,漆包線的硬度會使操作工人很難繞。很多這一步'計算'過了以后,還會返回計算以驗證變壓器的窗口面積。個人認為返回驗證是多余的,因為繞制不下的話,打樣的變壓器廠也會反饋給你,而你驗證通過的,在實際中也不一定會通過;畢竟與實際繞制過程中的熟練度,及稀疏還是有很大關系的。再下一步,需要確定輸入輸出的電容的大小,就可以進行布局和布板了。8.輸入輸出電解電容計算輸入濾波電解電容Cin=(1.5~3)*Pin輸出濾波電解電容Cout=(200~300)*Io上面我們計算出輸入功率30W所以Cin=45~90uF從理論上來說,這個值選的越大,對后級就越好;從成本上考慮,我們不會無限制的去選取大容量。此處選值47uF/400Vdc85℃或105℃根據相應的應用環境來決定;電容不需要高頻,普通低阻抗的就可以了。



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