《设计单片开关电源的步骤详解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《设计单片开关电源的步骤详解.docx（10页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、单片开关电源设计步骤下面对35个设计步转作详细的阐述。步骡1确定开关电源的范本参数(1)交流输入电压最小值：1.i11.见我I.(2)交流输入电压最大值：1.ax.见我I”表1根据交流输入电压范阐确定Umin、Umaxffi交流输入电压UUmin(V)1.aax(V)固定输入：100/11585132通用输入:85-265S3265固定输入：230+15%195265(3)电网频率f1.：50Hz或60Hz.开关频率f：66-132kHz.输出电压UO(Y):己知。输出功率PO(W)：E知。(7)电源效率n；般取80%,除非有更好的数据可用，损耗因数Z；Z代表次级损耗与总功耗的比伯。典型值为0
2、.5。步骤2根据输出要求,选择反像电路的类型以及反馈电压UFB详见表2。可从4种反馈电路中选择一种合适的电路，并确定反馈电压UFB的值“表2反馈电路的类型及UFB参数位反馈电路类型IFB(V)UO的准确度()SV(%)S1.(基本反馈电路5.7+10+1.53改进型般本反馈电路27.7+5+1.5+2.5限稳压管的光戕反馈电路12+50.+1配T1.431的光俄反馈电路121+Q.2_+_0.2_步骤引根据I、PO侑来确定输入滤波电容&，、直流输入电压燃不值IJmfn(1)令整流桥的响应时间tc=3ms-(2)根据输入电压，从我3中查出CN值.得到U1.min的值.表3确定C1.N、U1.in
3、的值交流输入电压U(V)PO(W)比例系数(ITzW)(1X(p)UInin(V)固定输入：100/115已知(2S三90通用输入:85265已知2T(2S三90固定输入:230*15%已知11.*Po三240步骡4根据交流输入电压I；确定初欲燃应电压U)R、钳位：极管反向击穿电压UB值(1)根据输入电压，从表4中壹出UOR、UB值。(2)步.骤25将用到UB值来选杼明变电压抑制器(1Y5)的型号.(3)TOfSWitCh关断口次级电路处于导通状态时，次级电压会感应到初皴，嬷应电压IQR与U1.相心M后，加至内部功率开关管(MOSFET)的海极上.此时初级漏感铮放能量，并在漏极上产生尖峰电压U
4、1.,由于上述不利情况同时出现,极易损坏芯片,因此需给初级烟加钳位保护电路.利用TVS器件来吸收尖峰电压的瞬间能量，使上述:.种电压之和不超过温源击穿电压1.(BR)DStfi.表1确定1.OR.UB值IU(V)I1.0RVI1.U(V)I国定输入：100/1156090通用输入:85-265135200固定输入：230+15%135200步骤5根据Inmin和IoR来确定G大占空比DmaX最大占空比的计徵公式为:DmaX=-/.MtU1.fS(%.UORRH1.iInn1.)死区时间定为02TTon=T*Dmax开通时间T=1.f周期(1)MOSFET的通态淘源电压UDS(ON)=IOV.应
5、在U=Imin时瑜定DnWUU若将U0R=135V.1.Imin=90V.IiDS(ON)=IOV一并代入式(1),可计算出DmaX=64.3%这与典型值67%非常接近.MaX防若U的升高而减小.例如当U=UmaX=265V时,DmaX=34.6%.步骤6确定初级脉动电流IR与初级峰值电流IP的比值KRP定义比例系数KRP=1RIP(2)IR为初级脓动电流(D当U确定之后，KRP有一定的取值能困。在IIOV/U5V或宽能困电压输入时，可选KRp=O.4,当230V输入时.取KRP=0.6.(2)在整个迭代过程中可适当增大KRP的值,但不得超过表5中规定的G大值,KRPa工作在连续模式表5确定K
6、RPIAVG初级峰值电流IP2*P(*5nmin*Dma)(Jo5纲*ZJmax(3)初缎脉动电流IR(可由式(2求得)-77aIU(V)KRP收小值(连续模式)以大伯(不连续模式)固定输入：100/1150.41.0通用输入：852650.41.0固定输入：_230+I5%I0.61.O君骤7确定初级波形参数计算下列参数(阻流单位均取A)：输入电流的平均值IVG=Po/(nVinmin)(3)OBaX*/八，4(4)初级有效值电流IRMS=、i3K*k1.(D三ax3)*/2=0.5771PIDmax(5)步骤8根据电子数据表格和所需IP值,选择TOPSVitCh芯片(D所选极限电流城小佰I
7、I.IYIT(min)应满足0.9I1.IMIT(min)3IP(6)(2)若芯片散热不良.则选功率梢大些的芯片.步骤9和步臊10计算芯片的结祝Tj(D计算结温Tj=(IRMS2XRDS(0N)CXT(UImax+UOR)2f)R.A25C(7)式中：CXT是涡极结点的等效电容.括号内第二项代表当交流输入电压较高时，由于CXT不断被充放电而引起的开关损耗，可用PCXT表示。100C,应选功率较大的TOPSWiteh芯片.步骤11验算IPIP=0.9I1.IMIT（min）（8）输入新的KRP值且从最小但开始迭代,直到KRP=I.0-（2）检杳IP伯是否符合要求。（3）迭代KRP=1.O或IP=
8、O.9I1.IMIT（nin。步骤12计算初级电感量（单位UIDDma*VImin1.P=P对于连续模式,AIp=Ip2Tp1.=2IP1.=Ton*UOR1.P;1.P=DinaxHiinDCMinZfs*KRI,*IP2对于断续模式,AIp=Ip2.IP=Dmax*1.）inDCMinfs*IP2多路怆出式开关电源有两种工作方式：（1）不连续模式（DCN）,其优点是在同等输出功率的情况3高频变压器能使用尺寸较小的磁芯；（2）连续模式（CQ!）,其优点是能提麻TopSWitCh的利用率,多路输出式开关电源一般选择连续方式，因高频变压器尺寸不再是要问S3,此时需关注的是多个次级绕组如何与印制电
9、路实现址佳配合步骤13选择磁芯与骨架并确定相关参数从厂家提供的瞄芯数据表中查出适合核输出功率的磁芯型号，以及有效截面枳（SJ）、有效磁路长度、等效电感（A1.）,骨架宽度（b）等参数值.可由AwAe法求出所要磁芯：Ap=AwAe=（1.p*1pz*1OiB*KO*Kj）I.I1.RP=RWAC=6500Xpo/（BxJxf）（EE磁芯B一般取0,2,电流密度J-改为4A/n2）AW为破芯窗口面枳，单位为cm2（由手册在由Ae为破芯藏面积，单位为cm2（由手册查出）1.P为原边电感量,单位为HIP为膜边峰值电流，单位为ABW为破芯工作磁感应强度,单位为T.铁触体磁芯一般为0.3TKO为窗口有效使
10、用系数，根据安短的要求和输出环数淡定，般为0.2-0.4Kj为电流密度系数.一般为4SK）A/mm2根据求得的NAe值选择合适的破芯，股尽价选择窗口长窗之比比较大的磁芯，这样磴芯的窗口有效使用系数较高.同时可以减小漏感.步骤1-1设定初级层数d和次级质数NS的初始的设定d=2层（初级浇组层数应尽量少）,当U=85Y-265V时取NS=O.6匝：再用迭代法计算NS；亦可根据次级每伏匝效和UF1.ff1.,直接计算NS值（参见步骤15）。彩伏匝数：NV=IT1.为肖特基二极管乐降,UO1.为多段输出电压中一个.U01+UF在步骤15至步骤22中必须确定高频变压器的9个主要参数：初级电骋域1.P,减
11、芯气隙宽度3,初级匝数NP,次级匝数NS,反馀绕组匝数NF,初级裸导线直径DPm,初级导线外径NM次级裸导线直径OSm和次级导战外径DSM,上述参数中，除1.P可直接用公式单独计算外，其余参数都是互相关联的，因此通常从次级匝效开始计算。另外鉴丁反馈绕组上的电源很小（殷小于IOM）,对其战役要求不严,因此不需计算导线的内、外直径.步骤5计算次级匝数NS对于230V或宽范因输入应取0.6Bi/V（用伏通效），现己知10=7.5V,考虑到在次级肖特基整流管上还有0.4V的正向压降UF1.,因此次级匝数为(MJFDXQ.6=4.74匝。由于次级绕组上还存在导战电Ri.也会形成压降，实取NS=5匝,1=
12、54匝代入式(13),求得DI,M=O.31mm,扣除漆皮后煤导她的内径)P=0.26m。步骤19粉证初级导线的电流密度J是否满足初级有效值电流J=1RMSS=1RMS(3.M*DPmi)(14)IRMS为电流有效值，S为导践破面积.将DPinW.261111uIRMS=O.32A代入式(，得到J=6.06Amm2.电子数据表格中实取6.17m三2.若J10A11112,应选较粗的导设和较大的俄芯骨架，使J10Am三2,若J4A11三2:亦可适当增加XP的匝效.步骤20计算磁芯中的此大磁通密度BYBM=(1.ORx104)/KfNpAe=1.P*IPe*NPK系数，对正弦波为4.必，对矩形波为
13、10(15)Ae-磁心有效该面积(cm2)般怙况下，开关电源变压器的Bm值应选在比饱和破通依度BS低些。需要指出.若BMO.3T,则需增加磁芯的横截面积或增加初级匝效,使BM在0.2-0.3T范围之内.1M.将SJ=0.41c2,NP=54匝，1.P=623uH,磁芯不留间隙时的等效电感A1.=2.4UH/匝2代入式式6),计算出5=0.22mm.气隙5成加在式芯的破路中心处，要求5=0.051mm.若5小于此值，需增大磁芯尺寸或者增加NP值.步骤22计算制有气顺时搬芯的等效电感MGR1.G=1.P/NP:(将1.P=623U1.NP=54匝.代入式(17),得到A1.G=O.214UH/匝2
14、.电子数据谀中实取0.215UH/匝2。需要说明两点：(1)A1.G他必须在选好NP值以后才能确定,(2)如上所述,商频变压器的设计是一个多次迭代的过程,例如当NP改变后，NS和NF的值也一定会按一定的比例变化。此外，在改变磁芯尺寸时,需对J、B比3等参数成新计算，以确信它们仍在给定的范围之内.这表明若计算结果与电子数据表格中的数值略有差异，也属正名现室.因二者迭代过程未必完全一致。步骤23确定次级参数ISP.ISRMS.IRkDSM(1)计算次级峰值电流ISP次缎峰值电流取决于初段峰曲电流以及初、次级原数比，有公式ISP=IPx(NPNS)(18)将IP=O.71A.NP=54匝，NS=5匝
15、代入式(18),得到ISP=7.99A,(2)计算次级有效能电流ISRMS次级纹波电流与峰值电流的比例系数KRP与初级完全相同，区别仅是时次级而吉，KRP反应的是次级电流在占空比为(I-Daax)时的比例系数，因此,计算次娘有效假电流ISRMS时，须用|.实选0.900Inn的公制线现.需要指出，：-V：!：J：，：制0.4的眄.XS也与单股相导现缝制方法相比，双线并经能增大初级绕组的等效横菽而枳，改善越场辐合程度，减小磁场泄漏及漏出.此外，用双线并绕方武还能减小次级导线的电阻值,降低功率损耗.若选用三施绝缘线耀眼或绕组，反导线外径(单位是11*)的计算公式为：DSM=(b-2M)/NS(22
16、将b=8.43mn,M=O,NS=5匝代入式(22)，求得DSM=I.69ma。可选导战食径DSaNO.91Ian而绝缘层外径DSMi1.6911rn的三重绝缘线.步骤24确定次级整流管、反馈电路整流管的最高反向峰值电压：U(BR)S,1.(BR)FB有公式：NFU(BR)S=UO-HJimax*(23)NPNFU(BR)FB=UFB+Uiax*(24)NP将Uo=7.5V,UFB=10.4V,UImax=375V1NS=5匝，Np=54匝，NF=7匝，分别代入以上两式，求得U(BR)S=42.2V,U(BR)FB=591.这与电子表格中给出的结果完全相同。步骤25选择钳位二极管和阻塞二极管见
17、表6.对于低功率的ToP200、T0P201.ToP210型单片开关电源.可选UB=180Y的瞬变电压抑制器.步骤26选择输出整流管输出整流管宜采用肖特基二极管,此类管子的庆降低、搅耗小能提高电源效率,典型产品有MoTORO1.A公司生产的MBR系列,要求管广的以高反向作电压(叭N21.(BR)S,I(IW)S为整流管实际承受的城大反向峥脩电压)：其标称电流IF1N3IO(IO为最大连续输出电流)。肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100Y,仅适合轴低压、大也流整流用.当UON30V时，褥用耐压100V以上的超快恢熨二极管来代替肖特战二极管，此时电源效率会略有下降，步骤27利用步骤23得
18、到的【RI,选择输出泄波电容COUT(D湖波电容在105C、100kHZ时的纹波电流应三IRI.(2)要选杼等效中联电阻很低的电解电容器.等效串联电阻的英文缩写为ESR,符号为r,它去示在电容器的等效电路中,与之相串联的代表电容损耗的等效电阻,简称串联损耗电阻蝌出的纹波电压URI由下式决定：URI=ISPIr(25)式中的ISP由步歌23得到.(3)为减小大电流输出时的纹波电流IRI,可将几只泄波电容并联使用，以降低电容总的r值和等效电感1.0.(4)CoUT的容M与培大输出电流1。M有关,例如，当U0=5s24YIoM=IA时,COCTSZ330UF/35V：I0M=2A时COUT应取100
19、0UF/35V.步骚28-29当检出端的纹波电压超过规定值时，应再增加一级1.C滤波洪(1)沌波电感1.=2.2uHs4,7UH.当IoN小于IA时可采用由非品合金任性材料制成的诲珠：大电流时须选用磁环绕制而成的扼流1.(2)为该小1.上的压降，直选较大些的滤波电速或增大战径。通常可取1.=3.3uH(3)涉波电容C取120UF/35V,要求其t很小.步骤30选择反馀电路中的整流管见我7。表中的URM为峡流管最高反向工作电压,U(BR)FB是由步骤24得到的,要求：I1.RMN1.251.(BR)FB(26)步骤31选择反馁流波电容应取0.1uF5QV的陶潢电容器。表7选择反馈电路中的整流管整
20、流管类型整流管型号最高反向工作电压IRN(V)生产厂家破的高速开关硅二极管IN4148国产超快恢亚二极管BAV21200Phi1.ips公UaK3200G1.公司步骤32选择控制端电容及串联电阻控制端电容一般取47UVK)Y,普通电解电容即可.与之相由联的电阻可选6.2Q/0.25U.在不连续模式下可去掉此电阻，步蛛33按从表2中选定的那种反馈电路，选取元器件值，步骤34选择输入整流桥(1)整流桥的反向击穿电HIUBR应满足下式要求：2IBRN1.251.max(27)式中的Umax值从第步骤1得到，(2)设输入有效值电源为IRMS1整流桥额定的有效值电流为1BR,应当使IBR21RMS.计算【RMS的公式如下：IRMS=Po/(Umin*cos祖)式中：CoSe为开关电源的功率因数，般为0.5-0.7,若无可信的数据，可选cos=0.5o步骤35设计完毕
