一、 開關(guān)電源常用的拓樸結(jié)構(gòu)(常用的有5 種)：

一、 開關(guān)電源常用的拓樸結(jié)構(gòu)(常用的有5 種)：

1、 正激電路(常用于低壓大電流，功率100 至500W 線路)

電路的工作過程：

當(dāng)開關(guān)S 開通后，變壓器繞組N1 兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2 繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1 處于通態(tài)，VD2 為斷態(tài)，電感L 的電流逐漸增長;當(dāng)開關(guān)S 關(guān)斷后，電感L 通過VD2 續(xù)流，VD1 關(guān)斷。S 關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng)N3 繞組和VD3 流回電源。

變壓器的磁心復(fù)位：

開關(guān)S 開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨著時間的增加而線性的增長，直到S 關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S 關(guān)斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。

正激的理想波形為：

變壓器的磁心復(fù)位時間為：

Tist=N3*Ton/N1

輸出電壓：輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下：

Uo/Ui=N2*Ton/N1*T

磁心復(fù)位過程:

2、 反激電路(常用于100W 以下)

反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。

電路的工作過程：

當(dāng)開關(guān)S 開通后，N1 電壓上正下負(fù)，N2 電壓下正上負(fù)，所以VD 處于斷態(tài)，N1 繞組的電流線性增長，

電感儲能增加;

當(dāng)開關(guān)S 關(guān)斷后，N1 繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過N2 繞組和VD 向輸出端釋放。S關(guān)斷后的電壓為：us=Ui+N1*Uo/N2

反激電路的工作模式：

電流連續(xù)模式：當(dāng)S 開通時，N2 繞組中的電流尚未下降到零，輸出電壓關(guān)系：Uo/Ui=N2*ton/N1*toff

電流斷續(xù)模式：S 開通前，N2 繞組中的電流已經(jīng)下降到零，輸出電壓高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。

反激電路的理想化波形：

3、 半橋電路

電路工作過程：

S1 與S2 交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2 的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓ud 的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。當(dāng) S1 導(dǎo)通時，二極管VD1 處于通態(tài);S2 導(dǎo)通時，二極管VD2 處于通態(tài); 當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組N1 中的電流為零，VD1 和VD2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1 或S2 導(dǎo)通時電感L 的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感L 的電流逐漸下降。S1 和S2 斷態(tài)時承受的峰值電壓均為Ui。由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。

半橋電路的理想化波形:

4、 全橋電路

電路工作過程：

全橋逆變電路中，互為對角的兩個開關(guān)同時導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui 的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。

全橋電路的理想化波形：

5、 推挽電路：

電路工作過程：

推挽電路中兩個開關(guān)S1 和S2 交替導(dǎo)通，在繞組N1 和N’1 兩端分別形成相位相反的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。S1 導(dǎo)通時，二極管VD1 處于通態(tài)，電感L 的電流逐漸上升;S2 導(dǎo)通時，二極管VD2 處于通態(tài)，電感L 的電流也逐漸上升; 當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，VD1 和VD2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1 和S2 斷態(tài)時承受的峰值電壓均為2 倍Ui; S1 和S2 同時導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。

二、保險絲的選擇：

1、計算開關(guān)電源的最大輸入電流Imax=Po/(Vin(min)* η*PF),經(jīng)驗上通常取Imax 的1.5 至3 倍。

2、選擇保險絲的工作電壓:(一般標(biāo)準(zhǔn)電壓額定值系列為32V、125V、250V、600V。).如果電源輸入電壓為115VAC,那么FUAE 的工作額定電壓為125VAC;如果電源輸入電壓為115VAC/230VAC,那么FUSE 的工作額定電壓為250VAC.

3、選擇FUSE 的類型:1.慢熔,2.普通,3.快熔。

4、FUSE 的安裝方式兩種:1.PIG-TAIL，2.CLIP。

三、突波吸收器的選擇：

突波吸收器的保護(hù)原理：

突波吸收器在預(yù)備狀態(tài)時，相對于受保護(hù)的電子元件而言，具有很高的阻抗(數(shù)兆歐姆) 而且不會影響原設(shè)計電路的特性。但當(dāng)瞬間突波電壓出現(xiàn)(超過突波吸收器的崩潰電壓時)，該突波吸收器的阻抗會變低(僅有幾個歐姆) 并造成線路短路，也因此電子產(chǎn)品或較昂貴的元件受到保護(hù)。一般常用07D471K(最大允許輸入電壓AC300V，DC385V;鉗位電壓775V，鉗位電流10A;額定功耗0.25W)，通常取輸入電壓的1.4 倍即可。

四、 熱敏電阻的選擇：

電源啟動的瞬間，由于輸入端的濾波電容(即一次側(cè)濾波電容)短路，導(dǎo)致輸入電流很大，雖然時間很短暫，但也可能對電源產(chǎn)生傷害，所以必須在輸入端濾波電容之前加裝一個熱敏電阻，以限制開機(jī)瞬間輸入電流在規(guī)格之內(nèi)(115V/30A，230V/60A)，但因熱敏電阻也會消耗功率，所以不可放太大的阻值(否則會影響效率)熱敏電阻包括正溫度系數(shù)PTC 和負(fù)溫度系數(shù)NTC，以及臨界溫度熱敏電阻CTR 三種。PTC：阻值隨溫度的升高而增加;NTC：阻值隨溫度的升高而減少。一般使用SCK053(3A/5Ω)，若輸入端濾波電容使用較大的值，則必須考慮將熱敏電阻的阻值變大(一般使用在大瓦數(shù)的電源上)

五、 整流二極管的選擇：

初級整流管的選擇：

最大輸入電流確定最大輸出整流電流Io(通常取最大輸入電流的2 倍以上);確定反向峰值電壓Vrrm(一般取最大輸入電壓的3 倍左右)。通常選用一般類型的整流二極管就可以了(輸入在1A 以下的通常選用1N4007)。

次級整流管的選擇：

對于次級輸出整流部分，一般要選用快恢復(fù)、超快恢復(fù)以及肖特基等反向恢復(fù)時間較短的類型二極管。最大輸出電流必須大于客戶所提供的輸出電流;Vrrm=Vo*Np/Ns。作為高頻AC-DC 或DC-DC 開關(guān)變換器輸出整流用的功率二極管，應(yīng)當(dāng)具有正向壓降小、反向漏電流小、反向恢復(fù)時間短等特點。

六、 開關(guān)管的選擇

a) 確定Vdss(一般取整流后最高輸入電壓的2 倍以上);

b) 確定Id(一般取最大輸入電流的2 倍以上);

c) Rdon 越小，耗散功率越小;

d) Vgs(開啟電壓，15V 為最佳)。

e) Qg 值反映了MOS 驅(qū)動的電流需求。Qg 值越大，則就要求較大電流的芯片驅(qū)動它。因MOS 是電壓驅(qū)動器件，驅(qū)動電流幾乎可以忽略，最好是越小越好。

七、 高頻變壓器的設(shè)計方法

面積乘積(AP)法：先求出磁芯窗口面積Aw 與磁芯有效面積截Ae 的乘積AP(AP=Aw X Ae,稱磁芯面積乘積)。反激變壓器需要要加氣隙。

a) 變壓器的視在功率Pt 計算：(隨線路結(jié)構(gòu)不同而選用不同的計算公式)

Pt=UoIo(1+1/η)---------------------------普通線路結(jié)構(gòu)

Pt=UoIo(1.414+1/η)-------------------單端正激線路結(jié)構(gòu)

Pt=UoIo[(1+1/η)x1.414]---------------推挽線路結(jié)構(gòu)

(效率由自己定，一般開關(guān)電源的效率在70%-90%之間，功率小的效率定小一些，而功率大的則可以定大一些)

b) 計算AP 值：

Ap=[Pt*104/(K0KfBwFsKj)]1/(1+x)

式中：

K0---------------------------窗口使用系數(shù)(K0<1)K0 主要與線徑、繞組數(shù)有關(guān)，一般典型值取0.4。

Kf------------------波形系數(shù)，有效值與平均值之比，正弦波時為4.44，方波時為4。

Bw-----------------工作磁通密度(T)，鎳鋅鐵氧體材質(zhì)鐵芯的工作磁通密度一般取0.26 至0.3T。通常設(shè)計的鐵氧體變壓器一般功率不大時，大約為0.20--0.25T。功率比較大時，要取小一點，0.15--0.20 左右

Fs------------------開關(guān)工作頻率(HZ)，一般取75KHZ 以下，開關(guān)頻率可依據(jù)控制IC 的Rt 和Ct 值確定，通常為Fs=K/Rt*Ct(K 為一常數(shù)，不同的控制IC，K 取值不同。)

Kj------------------電流密度比例系數(shù)

各種磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)表

鐵芯種類 Kj(允許溫升

25。C)

Kj( 允許溫升

50。C)

X

一般罐型磁芯 433 632 -0.17

鐵粉磁芯 403 590 -0.12

金屬疊片鐵芯 366 534 -0.12

C 型鐵芯 323 468 -0.14

單線圈 395 569 -0.14

帶繞鐵芯 250 365 -0.13

c) 根據(jù)AP 值，選擇相近型號磁芯：(通常AP 值加10%裕度選用)

d) 計算原邊繞組匝數(shù)Np：

Np=Vp * 104/(KfFsBwAe) 或 NP=Vp*Ton/(Ae*Bw)

式中：

Vp--------------------變壓器原邊最小輸入電壓。

Ae--------------------根據(jù)所選型號磁芯，查其數(shù)據(jù)手冊得知。

D---------------------占空比，最大以典型值0.5 為參考，而實際中常取0.35，正激的電源，占空比0.35-0.4

比較合適。

e) 計算原邊繞組電流Ip：

Ip=P0/(η*Vp)

Ipeak=Ip/[(1-0.5*Krp)*D] (Krp 一般取0.5 或0.6)

f) 計算電流密度J(A/CM2)：

J=KjAPx (電流密度J 一般取4~10A/mm2)

g) 計算原邊繞組裸線面積Axp(CM2)：

Axp=Ip/J

根據(jù)此值查詢AWG 導(dǎo)線規(guī)格表，可得知原邊繞組線徑。

AWG 導(dǎo)線規(guī)格表：

AWG 線大小 Axp CM2 10-3 直徑 CM AWG 線大小Axp CM2 10-3 直徑 CM

10 52.61 0.267 28 0.8046 0.0366

11 41.68 0.238 29 0.647 0.033

12 33.08 0.213 30 0.5067 0.0294

13 26.26 0.19 31 0.4013 0.0267

14 20.82 0.171 32 0.3242 0.0241

15 16.51 0.153 33 0.2554 0.0216

16 13.07 0.137 34 0.2011 0.0191

17 10.39 0.122 35 0.1589 0.017

18 8.228 0.109 36 0.1266 0.0152

19 6.531 0.098 37 0.1026 0.014

20 5.188 0.0879 38 0.08107 0.0124

21 4.116 0.0785 39 0.06207 0.0109

22 3.243 0.0701 40 0.04869 0.0096

23 2.588 0.0632 41 0.03972 0.00863

24 2.047 0.0566 42 0.03166 0.00762

25 1.623 0.0505 43 0.02452 0.00685

26 1.28 0.0452 44 0.0202 0.00635

27 1.021 0.0409

g) 算副邊繞組匝數(shù)Ns：

Ns=Np*Vs/Vp (VS 為副邊輸出電壓，等于Uo 加上輸出整流二極管的壓降)

或Ns=(Vs+Vd)*(1-D)*Np/(Vp*D)

i) 計算副邊繞組裸線面積Axs(CM2)：

Axs=Io/J

根據(jù)此值查詢AWG 導(dǎo)線規(guī)格表，可得知副邊繞組線徑。

j) 計算次級副繞級匝數(shù)Ns1：

Ns/Ns1=Vs/Vs1

k) 計算初級感量：

Lp=η*(Vp*D)2/(2*Po*F) (理論上初級電感是越大越好)

或Lp=Ui*AE*Np2/La (Ui=2500+/-25%(初始磁導(dǎo)率)，La 為平均磁路長度)

或Lp=AL*Np2

八、 級輸出LC 濾波器的設(shè)計：

1.根據(jù)電感的能量儲存和釋放公式：

WL=(1/2)*L*I2=P0*Ton;

C=Po*Ton/2*(Vmax-Vmin);