第一讲 ACDC开关电源设计.ppt

1、交流开关电源(AC/DC)设计,杭州电子科技大学高明煜,AC/DC开关电源常用的主电路结构： 单端反激式开关电源 单端正激式开关电源 半桥式开关电源 全桥式开关电源 推拉式开关电源 开关电源的控制方式： 电压型PWM控制 电流型PWM控制 MCU、或DSP控制,B、AC/DC开关电源设计,一、AC/DC开关电源常用电路结构 1、单端反激式开关电源,当负载为零时（即开路），输出电压U0 ,这种情况不允许出现，故反激式开关电源输出端必须接一个假电阻负载，如接1个100K电阻。,输出电压：,2、单端正激式开关电源,3、半桥开关电源设计,输出电压： ，如负载开路，则：,4、全桥开关电源,当滤波电感L的

2、电流连续时，输出电压为：,当负载开路，则输出电压极限值为：,5、推换式开关电源,当滤波电感L的电流连续时，输出电压为：,当负载开路，则输出电压极限值为：,二、PWM控制芯片介绍 目前AC/DC常用的控制芯片有电压式和电流式两种。 1、电压式 典型芯片有：TL494,2、电流型PWM控制器,例一、AC/DC 单路输出15W开关电源设计,1.1 设计要求 已知条件： 输入电压 AC：85265V 输出功率PO=15W 输出电压：7.5V 额定输出电流：2A 输出纹波电压: mV 1.2 电路结构选择 考虑到输出功率较小，主电路可选择单端反激式，为此选择API（Advanced Power Inte

3、gration） 公司的集成控制芯片 TOP202。 TOP202主要参数： VDS=700V, DMAX=0.6 ， P=15W30W, FS=100KHZ,单端反激式输出切勿开路！,1.3 高频变压器设计 A、计算最大和最小直流输入电压（加到变压器初级）:,Vmin=1.1Vacmin=1.185=93 V Vmax=1.4142Vacmax=1.4142265 =375 V,B、输入电流平均值,C、输入电流峰值 取1， DMAX取0.6 D、输入电流有效值,E、计算变压器初级电感量,F、计算变压器原副边匝比,计算需知道L值，而L由磁芯型号和尺寸决定 磁芯尺寸Ae可用平均功率估算:,选PC

4、40锰锌功率铁氧体磁芯RM8。 其饱和磁通密度BS在100下为390mT，有效截面积Ae=64mm2 ，电感系数,由初级电感量LP估算原边匝数： 考虑实际使用时变压器须加气隙，故单位匝数的电感量将下降, 故可取： NP=222=44匝,副边实取3匝，则对应原边调整为15.33=46匝,G、计算变压器气隙,如果气隙1mm, 则说明磁芯截面过大； 如果气隙.20mm,说明磁芯截面过小。,H.变压器磁饱和校验,交流磁通产生磁感应强度变化幅值：,ac +Bdc =270+13.8=283.8 390mT,故磁芯工作时不会产生饱和,、变压器线径计算 原边线径：,副边线径：,. 输入整流桥计算,由于输入整

5、流桥流过的最大峰值电流为， 故选择以上整流桥。 .输入滤波电容计算 输入滤波电容一般取输出功率的倍，故取 uF/400V,1.6、输出滤波电容计算,Dmin=Vinmax/,实取uF和uF二只电容并联，或用多只小电容并联，以减少,选择0AV以上快恢或肖特基二极管 如选IR 公司的肖特基: 20TQ045 45V/20A ，VFM=0.51V, TO-220AC 如果要进一步降低输出整流管上损耗,可选用MOS管作同步整流, 或者选用碳化硅肖特基二极管。,1.7、输出整流二极管选择 变压器次级峰值电流：,.降低开关电源功耗的一些措施,选用低导通电阻的功率管，越小，导通损耗越小 选用合适的驱动电路，

6、降低主开关管的开通和关断损耗 选用合适的开关频率，开关频率越低，开关管和高频变压器的开关损耗就越小，当然开关频率应在以上 输出整流尽量选用肖特基二极管，并且耐压不宜过高 输出滤波电容尽量多只电容并联，以降低电容器的 高频变压器的电感量适当加大，以降低流过主回路的峰值电流从而提高效率原副边线圈采用多股线,例二、AC/DC 开关电源,用NCP1053设计的4.3V/2A开关电源:,例三、DC 数控开关电源设计,1、 设计任务 设计一个输出电压步进可调的数控电压源，并由数码管显示其输出值。具体要求如下： 输入电压: 输出电压: 220V，调节单位0.1V 输出纹波电压：mV 输出电流：1A 输出电压

7、由数码管显示 “+”、“-”键分别控制输出电压的步进增减 具有输出过流保护功能,、方案一采用线性稳压器,本方案主要由线性可调三端稳压器、单片机、数控电位器等组成，其结构如下图所示：,数控电位器选择： 这里 IR=50A 为使负载开路时，也能使输出电压稳定，输出静态电流必须大于5mA。 为此可得：,故：,当输出=2V时，令，代入上式可得R2值：,当输出=20V时，可得：,所以=3.75-0.15=3.6 由于输出电压要求调节单位为0.1V，故220V需180个调节单位。为此可选只级的数控可调电位器（型号为X9C102，其电阻值为）串联 数控电位器X912主要技术参数: Vcc=5V, Ic=mA

8、，R=k，阻值位置掉电后保存 端电压，抽头数， 接口方式：按键式,按键式3线控制： /CS /INC U/ D 阻值 L Pulse H 升 L Pulse L 降 H 不变 数控电位器控制接口和单片机口连接，共需-12根信号线。,、方案二采用电路,前述方案由一个致命的弱点，就是效率太低，尤其当输出电压为时，其系统效率最低。 为了提高系统效率，可采用开关电路，如用电路实现，其电路结构如下图所示。 3.1 单片机选择 考虑到BUCK电路开关频率需20Khz以上，选用总线频率高、并自身带发生器的单片机较合适。具体选公司的。 选其内置振荡器工作方式，频率调至最高，选位，此时频率可达,单片机分配： 通道路 输出路 “”、“”按键路 或显示根 共用根,3.2 驱动电路,在本系统中驱动电路起两个作用，一是电平转移，二是功率驱动以降低开关管功率损耗。常用的驱动芯片有、等公司生产，在本电路中可选用公司的。,3.3 显示,LED动态扫描电路中三极管处于开关状态，故：,3.4 主电路电感设计,为使电流连续，临界电感