开关电源设计(带图)翻译自fairchild的开关电源应用书AN-4134.doc

开关电源设计 步骤一 确定系统对象 图1 线性电源范围(和)：电压倍压电路如图1所示，通常是用于正激式电路，在普通电压输入的情况下。所以最小的线性电压是实际电压的2倍。 ——线性频率。 ——最大输出功率。 ——预计功率：这是需要估计这功率转换器的效率去计算出这最大的输入电压。如果无法参考资料，设，用于低电压输出的设备；设，用于高电压输出的设备。 确定的估计效率，这最大的输出功率是（1） 基于输入最大功率，选择适合的开关芯片。因为MOSFET管的两端电压是转换器的两倍电压，一个额定电压是800V的开关芯片， MOS管就可用于一般的电压输入。开关芯片的种类的额定功率已经在设计软件之内。 步骤二 确定DC电容（）和DC电压范围 图2 这最大的DC电压(DC link voltage)波纹是：（2） 是链电容(DC link capacitor)占空比，如图2，通常值为0.2。 通常把设为的10%~15%。 用于倍压器的两个电容要串联，每个电容值是方程（2）中所需电容的2倍。 在已知的最大电压波纹，那么这最小和最大的直流链电压（DC link voltage）是： （3） （4） 步骤三 确定变压器重置方式和最大占空比（） 正激式开关电源一个固有的限制，在MOSFET关闭的时候，就是变压器必须重置。因此，额外的重置方案应该被纳入。 现有两个重置方案： 辅绕组重置 该方案有益于效能，因为能量被储存在磁化电感中，且能量会释放回输入电路中。但是额外的绕组会使得变压器的构造更复杂。 MOSFET管上最大的电压和最大占空比是： （5） （6） 和分别是初级（primary winding）匝数(笔者注：初级=主绕组)和辅绕组匝数。 由方程（5）（6）可得，当逐渐减少，在MOSFET管上最大的电压会跟着减少。然而，减小的导致在次边的电压应力上升。因此，在一般输入电压下，设定和是比较合适的。 在辅边重置电路中，开关芯片内部已经限制占空比低于50%，用于阻止磁饱和现象发生在变压器上。 RCD重置 图4画出带有RCD重置的正激式简化电路图。缺点是储存在磁电感中的能量被消耗。在RCD缓冲器中，不像辅绕组重置方案可以返还能量于输入电压中，但是，因为它简单，这方案广泛应用于许多预算有限的开关电源中。 这最大的电压应力和缓冲器电容电压分别为： （7） （8） 因为缓冲器电容电压是固定不变的，而且几乎不受输入电压影响。所以当转换器工作电压在幅度较小的情况下，MOSFET管两端电压可以低些，这是相对于辅绕组重置方案而言的。 对于辅组重置方案而言，RCD重置方案另外一个优点是：这可以把占空比设置到最大，大于50%；而相对地，MOSFET管两端因此减轻了次级的电压应力。 而相对辅边绕组重置方案而言，MOSFET两端电压较其低，从而减轻了次级的电压应力。 步骤四 确定输出电感电流的纹波因素 图5 给出输出电感的电流。这电流因素定义为： ；是最大输出电流。在大多数实际设计当中，设 一旦纹波因素确定，那么MOSFET管的rms电流（电流有效值）就 如下： (10) （11） （12） 检查MOSFET管最大峰值（）是否低于开关芯片的脉冲电流（峰峰值电流）的限制 步骤五 确定变压器合适的磁芯和最小主绕组匝数，以确防止磁芯饱和 事实上，磁芯最初的选择是受原材料所限制的，因为实在太多可变因素了。其中一种方法去选择合适的磁芯是查阅磁芯制造商的磁芯选择指南。如果没有合适的参考资料，用以下的公式作为一个开始点： （13） 是空窗面积，AE是磁芯的横截面积（单位mm2 ）。 确定了磁芯后，变压器主绕组最小的匝数是（能避免磁饱和）： （14） 步骤六 确定变压器各绕组匝数 首先，确定主边（初级）和反馈控制次边（次级）的匝数比，以作为参考。 （15） 和分别是主绕组的匝数和参考输出绕组匝数，是输出电压，是输出端的二极管管压降。 然后，确定合适的匝数（取整数），那么就取比大的数值，见公式（14）。 主边电感值是： （16） 是AL-value值（电感系数）在无间隙的情况下（） n-th输出的匝数是 是输出电压，而是第n个输出（n-th）的二极管管压降。 下一步是确定（笔者注：VCC是芯片端口名）绕组的匝数。绕组的匝数是由不同重置方案而定。 （a）辅绕组重置：若选取辅绕组重置方案，则绕组线圈是： （18） 是标称电压（nominal voltage），是二极管管压降。当取用辅绕组重置方案时，因为与输入电压成比例，所以应该把设为等于开启电压，以此去避免在正常工作中产生过压保护。 （b）RCD重置：RCD重置法，绕组线圈数是 （19） 是标称电压（即额定电压nominal voltage），因为取用RCD重置方案，几乎是一个常量，所以设为比开启电压高2~