正激式开关电源的设计方案.docVIP

PAGE 1 7-3 正激式开关电源的设计 中山市技师学院 葛中海 由于反激式开关电源中的开关变压器起到储能电感的作用，因此反激式开关变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。反激式在20～100W的小功率开关电源方面比较有优势，因其电路简单，控制也比较容易。而正激式开关电源中的高频变压器只起到传输能量的作用，其开关变压器可按正常的变压器设计方法，但需考虑磁复位、同步整流等问题。正激式适合50～250W之低压、大电流的开关电源。这是二者的重要区别！ 7.3.1 技术指标 正激式开关电源的技术指标见表7-7所示。 表7-7 正激式开关电源的技术指标 项 目 参 数 输入电压 单相交流220V 输入电压变动范围 160Vac～235Vac 输入频率 50Hz 输出电压 VO=5.5V@20A 输出功率 110W 7.3.2 工作频率的确定 工作频率对电源体积以及特性影响很大，必须很好选择。工作频率高时，开关变压器和输出滤波器可小型化，过渡响应速度快。但主开关元件的热损耗增大、噪声大，而且集成控制器、主开关元件、输出二极管、输出电容及变压器的磁芯、还有电路设计等受到限制。 这里基本工作频率选200kHz，则 =5μs 式中，为周期，为基本工作频率。 7.3.3 最大导通时间的确定 对于正向激励开关电源，选为40%～45%较为适宜。最大导通时间为 = （7-24） 是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件、输出二极管的耐压与输出保持时间、变压器以及和输出滤波器的大小、转换效率等都有很大影响。此处，选=45%。由式（7-24），则有 =5μs0.45=2.25μs 正向激励开关电源的基本电路结构如图7-25所示。 图7-25 正向激励开关电源的基本电路结构 7.3.4 变压器匝比的计算 1．次级输出电压的计算 如图7-26所示，次级电压与电压++的关系可以这样理解：正脉冲电压与包围的矩形“等积变形”为整个周期的矩形，则矩形的“纵向的高”就是++，即 （7-25） 式中，是输出二极管的导通压降，是包含输出扼流圈的次级绕组接线压降。 由此可见，图7-26所示A面积等于B面积，C是公共面积，因此，真正加在负载上的输出电压更小。 图7-26 “等积变形”示意图 根据式（7-25），次级最低输出电压为 ==14V 式中，取0.5V（肖特基二极管），取0.3V。 2．变压器匝比的计算 正激式开关电源中的开关变压器只起到传输能量的作用，是真正意义上的变压器，初、次级绕组的匝比为 = （7-26） 根据交流输入电压的变动范围160V～235V，则=200V～350V，=200V，所以有 ==≈14.3 把式（7-25）、（7-25）整合，则变压器的匝比为 = （7-27） 7.3.5 变压器次级输出电压的计算 变压器初级的匝数与最大工作磁通密度（高斯）之间的关系为 （7-28） 式中，为磁芯的有效截面积（mm2），为最大工作磁通密度。 输出功率与磁芯的尺寸之间关系，见表2-3所示。根据表2-3粗略计算变压器有关参数，磁芯选EI-28，其有效截面积约为85mm2，磁芯材料相当于TDK的H7C4，最大工作磁通密度可由图7-27查出。 图7-27 H7C4材料磁芯的B-H特性 实际使用时，磁芯温度约为100℃，需要确保为线性范围，因此在3000高斯以下。但正向激励开关电源是单向励磁，设计时需要减小剩磁（磁复位）——剩磁随磁芯温度以及工作频率而改变。此处，工作频率为200kHz，则剩磁约减为1000高斯，即磁通密度的线性变化范围为2000高斯。 根据式（7-28），得 =≈26.5匝，取整数27匝。 因此，变压器次级的匝数为 =/==27/14.3=1.9匝，取整数2匝。 当=/=27/2=13.5。根据式（7-27），计算最大占空比为 ==≈42.5% 也就是说，选定变压器初、次级绕组分别为27和2匝，为了满足最低输入电压时还能保证输出电压正常，开关电源的最大占空比约为42.5%，开关管的最大导通时间约为2.1μs。下面有关参数的计算以校正后的（=42.5%）和（=2.1μs）。同时，由式（7-26）计算的输出最低电压约为14.8V。 7.3.6 变压器次级输出电压的计算 1．计算扼流圈的电感量 流经输出扼流圈的电流如图7-28所示，则为 = （7-29） 式中，为输出扼流圈的电感（μH）。 图7-28 扼流圈中的电流波形 这里