【最牛笔记】大牛开关电源设计全过程笔记!

2020-05-08 04:28字体:
  

  开闭电源的计划是一份特殊耗时吃力的苦差事,需求连接地批改众个计划变量,直到职能抵达计划主意为止。本文step-by-step 先容反激变换器的计划步调,并以一个6.5W 分隔双途输出的反激变换器计划为例,主控芯片采用NCP1015。

  根基的反激变换器道理图如图 1 所示,正在需求对输入输出举行电气分隔的低功率(1W~60W)开闭电源使用场地,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑布局(Topology)。单纯、牢靠、低本钱、易于达成是反激变换器超越的甜头。

  2. Step2:确定输入电容CbulkCbulk 的取值与输入功率相闭,一般,关于宽输入电压(85~265VAC),取2~3μF/W;对窄范畴输入电压(176~265VAC),取1μF/W 即可,电容充电占空比Dch 大凡取0.2 即可。

  3. Step3:确定最大占空比Dmax反激变换器有两种运转形式:电感电流持续形式(CCM)和电感电流断续形式(DCM)。两种形式各有优坏处,相对而言,DCM 形式具有更好的开闭性子,次级整流二极管零电流闭断,是以不存正在CCM 形式的二极管反向复原的题目。别的,同功率等第下,因为DCM形式的变压器比CCM 形式存储的能量少,故DCM 形式的变压器尺寸更小。不过,比拟较CCM 形式而言,DCM 形式使得低级电流的RMS 增大,这将会增大MOS 管的导通损耗,同时会加添次级输出电容的电流应力。是以,CCM 形式常被推选运用正在低压大电流输出的场地,DCM 形式常被推选运用正在高压 小电流输出的场地。

  图4反激变换器对CCM 形式反激变换器而言,输入到输出的电压增益仅仅由占空比决议。而DCM 形式反激变换器,输入到输出的电压增益是由占空比和负载条目同时决议的,这使得DCM 形式的电途计划变得更杂乱。不过,借使咱们正在DCM 形式与CCM 形式的临界处(BCM 形式)、输入电压最低(Vinmin_DC)、满载条目下,计划DCM 形式反激变换器,就可能使题目变得单纯化。于是,无论反激变换器做事于CCM 形式,仍旧DCM 形式,咱们都可能遵照CCM形式举行计划。

  如图 4(b)所示,MOS 管闭断时,输入电压Vin 与次级反射电压nVo 配合叠加正在MOS的DS 两头。最大占空比Dmax 确定后,反射电压Vor(即nVo)、次级整流二极管承袭的最大电压VD 以及MOS 管承袭的最大电压Vdsmax,可由下式获得:

  4. Step4:确定变压器低级电感Lm关于CCM 形式反激,当输入电压变革时,变换器能够会从CCM 形式过渡到DCM 形式,关于两种形式,均正在最恶毒条目下(最低输入电压、满载)计划变压器的低级电感Lm。由下式决议:

  一朝Lm 确定,流过MOS 管的电流峰值Idspeak 和均方根值Idsrms 亦随之确定:

  5. Step5:采选相宜的磁芯以及变压器低级电感的匝数开闭电源计划中,铁氧体磁芯是使用最广大的一种磁芯,可被加工成众种形式,以餍足区别的使用需求,如众途输出、物理高度、优化本钱等。

  本质计划中,因为充满太众的变数,磁芯的采选并没有特殊苛苛的节制,可采选的余地很大。个中一种选型形式是,咱们可能参看磁芯供应商给出的选型手册举行选型。借使没有相宜的参照,可参考下外:

  6. Step6:确定各途输出的匝数先确定主途反应绕组匝数,其他绕组的匝数以主途绕组匝数行动参考即可。主反应回途绕组匝数为:

  7. Step7:确定每个绕组的线径按照每个绕组流过的电流RMS 值确定绕组线径。

  检讨磁芯的窗口面积(如图 7(a)所示),大于公式 21 估计打算出的结果即可。

  8. Step8:为每途输出采选相宜的整流管每个绕组的输出整流管承袭的最大反向电压值VD(n)和均方根值IDrms(n)如下:

  9. Step9:为每途输出采选相宜的滤波器第n 途输出电容Cout(n)的纹波电流Icaprms(n)为:

  10. Step10:钳位吸取电途计划如图 8 所示,反激变换器正在MOS 闭断的霎时,由变压器漏感LLK 与MOS 管的输出电容酿成的谐振尖峰加正在MOS 管的漏极,借使不加以节制,MOS 管的寿命将会大打扣头。是以需求选用方法,把这个尖峰吸取掉。

  RClamp 由下式决议,个中Vclamp 大凡比反射电压Vor 越过50~100V,LLK 为变压器低级漏感,以实测为准:

  11. Step11:积累电途计划开闭电源体例是典范的闭枢纽制体例,计划时,积累电途的调试盘踞了相当大的做事量。目前时兴于市情上的反激节制器,绝大大都采用峰值电流节制节制形式。峰值电流形式反激的功率级小信号可能简化为一阶体例,是以它的积累电途容易计划。一般,运用Dean Venable提出的Type II 积累电途就足够了。

  如图8 所示,从IC 内部比力器的反相端断开,则从节制到输出的通报函数(即节制对象的通报函数)为:

  前文提到,关于峰值电流形式的反激变换器,运用Dean Venable Type II 积累电途即可,典范的接线形式如下图所示:

  3 仿真验证估计打算机仿真不只可能代替体例的很众繁琐的人工剖析,减轻劳动强度,避免由于解析法正在近似照料中带来的较大差错,还可能与实物调试彼此添加,最大限定的低落计划本钱,缩短拓荒周期。

  本例采用经典的电流型节制器UC3843(与NCP1015 节制道理肖似),搭修反激变换器。个中,变压器和环途积累参数均采用上文的典范给出的估计打算参数。

  从图 18 可能看出,最低Cbulk 上的最低电压为97.3V,与外面值98V 大致相符。

  b. MOS 管的驱动信号,检流电阻的检流信号,到节制IC 的走线隔绝越短越好;

  本文周密先容了反激变换器的计划步调,以及PCB 计划时应该留神的事项,并采用软件仿真的形式验证了计划的合理性。同时,正在附录局限,分离给出了峰值电流形式反激正在CCM 形式和DCM 形式做事条目下的功率级通报函数。

  上式中,PO 为输出总功率,k 为差错放大器输出信号到电流比力器输入的衰减系数,Vout1 为反应主途输出电压,Rs 为低级侧检流电阻,D 为变换器的占空比,n 为低级线圈NP与主途反应线 的匝比,m 为低级电流上升斜率,ma 为斜坡积累的积累斜率,Esr 为输出电容的等效串联电阻,Cout 是输出电容之和。

  留神:CCM 形式反激变换器,从节制到输出的传函,由公式 40 可知,有一个右半平面零点,它正在擢升幅值的同时,带来了90°的相位衰减,这个零点不是咱们念要的,计划时应确保带宽频率不超出右半平面零点频率的1/3;由公式 41 可知,借使不加斜坡积累(ma=0),当占空比超出50%时,电流环动摇,体现为驱动巨细波,即次谐动摇摇。是以,计划CCM 形式反激变换器时,需加斜坡积累。

  反激式变压器与TOPSwitch将存储于电容C1的能量通报给负载,即,当MOSFET开闭管导通时,电容C1两头的电压加到反激变压器的原边,流过原边绕组的电流线性加添(如若正在MOSFET开闭管导通的霎时变压器副边电...

  本文中的计划,都是遵照正在最低输入电压、最大输出电流时,变换器做事正在CCM形式或CRM形式来商讨的。RCD箝位电压Vc.Ip1+Ip2=不管是DCM仍旧CCM形式,都有这么一个公式缔造:Pin=(1/2)Vinmin(I...

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