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直流福德正神彩票|开关电源设计及制造
公布工夫 : 2018-06-15 15:41 阅读量 : 50

福德正神彩票世纪50年月问世至今以体积小、服从高而普遍使用于盘算机、通讯配备等简直一切的电子设置装备摆设。其品种单一、方式多样,开展趋向也朝着小体积、高服从、低本钱的偏向开展。这里引见的3 00 W开关电源属于断绝型硬开关、半桥式开关电源,在较低电压(1 4V)和较大电流(2 2A)输入的条件下有很好的服从及输入目标,对中心器件(比方高频福德正神彩票)停止了公道的参数及绕制工艺设计。

高频福德正神彩票是开关电源中中心能量转换部件,它和平凡工频福德正神彩票一样也是经过磁耦合来传输能量的。不外在这种功率福德正神彩票中完成磁耦合的磁路不是平凡福德正神彩票中的硅钢片,而是在高频状况下任务的磁导率较高的铁氧体磁芯或铍莫合金等磁性资料,其目标是为了取得较大的励磁电感、减小磁路中的功率消耗,使之能以最小的消耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量[1]。

铁氧体磁芯有EC、EE、EDT、EP、 EPC、 EF、 EI、 PQ、 RM、 P、LP等多种型号,使用于种种差别的要求,此中PQ型磁芯具有磁屏蔽好的长处,减小了电磁搅扰(EMI)的传达,特殊实用于开关电源福德正神彩票,在50W~1 000W范畴内的结果较好。

2.用PQ35/35制造300W半桥式变更器高频开关电源

2.1 300W(14V、22A)半桥式开关电源原理图

3 00 W(1 4 V、 2 2 A)半桥式开关电源原理图如图1所示。由原理图可看出,3 00 W半桥式开关电源次要由两只功率管IRFP460LC、高频福德正神彩票PQ35/35(PC40材质)、输入整流滤波电路、驱动电路、维护电路、控制电路(篇幅所限本图未给出)以及辅佐电源等构成。

关于半桥式开关电源原理很多册本已细致阐明,本文不再嗷述,上面细致阐明高频变压器的参数设计和绕制工艺。
 

 

2.2 300W半桥式开关电源高频变压器的参数设计与绕制

半桥式高频变压器的磁化特性任务在第一、三象限,磁通变革从一Bm到+Bm,属于对称式任务变压器,无需加气隙。

(1)预算PQ35磁芯的功率容量

开关电源变压器功率容量盘算式为[2]:

 

式中

PT--变压器的视在功率,关于半桥式PT=(1/ η+1.4 1 4)P。,此中取服从η=8 5%,Po=300W, 则PT=777w;

Ko--窗口的铜添补系数,取0.5:

Kf--波形系数,方波时取4;

Fw--开关频率,本例为1 00KHz:

Bw--磁芯任务磁通密度,普通取1/3饱和磁通密度,本例接纳P C 4 0材质,饱和磁密G s=0.39T(1 00℃), 取Bw=0.1 3T:

Kj--电流密度比例系数,普通取400:

X--常数,由所选磁芯确定,可取一0.1 2。

则A P=(7 7 7*1 04/0.5*4*1 00*1 03*0.1 3*4 00)1.14≈0.72cm4。

也可以由下式盘算[3]:

 

式中

Pt--变压器的标称输入功率,可取1.5Po为450W;

η--变压器的服从,这里取85%:

f--开关频率,本例为1 00KH z:

Bm--磁芯的最大磁感到强度,取1 500GS:

δ--漆包线的电流密度,1 00KHz频率可取6A/mm2:

Km--窗口的铜添补系数,取0.5:

Kc--磁芯添补系数,可取1.0。

则A P=4 5 0*1 06/(2*0.8 5*1 00*1 03*1 5 00*4*0.5*1)≈0.59cm4。

而查表P Q 3 5/3 5的A P=4.3 c m4,远远满意功率容量要求,之以是选PQ35也是为当前加大输入功率做预备。

(2)盘算原边绕组匝数

原边绕组匝数可由上面公式盘算:

 

式中

Kf--波形系数,方波时取

Pt--变压器的标称输入功 4;率,可取1.5Po为4sow;

Fw--开关频率,本例为η1--变压器的服从,这里 1ooKH z:

Bw--磁芯任务磁通密度,取0.1 3T;

Ae-- 磁芯无效面积,PQ35/35为196mm2;

V--变压器原边电压,本例中V=250*1.3/2=1 62.5V。

则Np=1 6 2.5/4*1 00*1 08*0.1 3*1 9 6*1 0-6≈ 1 5.9,取整1 6匝。厥后颠末实行,取20匝比拟适宜。

(3)盘算原、副边绕组匝数等到副边绕组

可按下式盘算半桥式高频变压器的原、副边匝数比:

 

式中

Np--原边绕组匝数

Ns--副边绕组匝数

Vi n mi n--最小输出直流电压,在交换1 9 0 V加载下约为1 90*1.3=247V。

V o p--变压器应输入电压,为电源输入电压Vo、整流二级管正向压降Vdf和滤波电感直流压降V L三项之和除以占空比D,即Vop=(Vo+Vdf十VL)/D。在本例中Vo=14V、V df=0.7V、VL。=0.2V、D=0.8,则 Vop=(1 4+0.7+0.2)/0.8=18.625V

则Np/Ns=1/2*247/18.625≈6.6。

副边绕组Ns=NP/6.6=20/6.6≈ 3匝,在实行中2 0:3的匝比获得了很好的结果。

(4)线径和根数的选取

原边绕组电流为I p=2 P o/Vsη;

Po=Vop*22=14.9*22=327W;

Vsη=Vin min*η=247*98%=242.0 6,此中η为变压器的服从;

则 I p=2*3 2 7/2 4 2.0.6≈2.7A。

思索趋肤效应,在l00KHzl00℃下穿透深度为△=7.6 5/F1/2≈0.242mm[4],2△=0.484mm, 应选择直径不超越0.484mm的漆包线。思索有漆的厚度,实践中选取了0.49mm的高强度漆包线。

取电流密度J=6A/mm2,则单根o.49mm线径漆包线可经过电流为:

I=JπD2/4=6*3.1 4*0.49*0.49/4≈1.1 3A

则低级可用3根并联。次级为I p*Np/N s/I≈1 6根。由于次级的电流比拟大(2 2A),也可用铜箔绕制。

(5)高频变压器的绕制

高频变压器的绕制在制造开关电源进程中是很庞大的,当功率管由导通转为关断时,由漏感存储的能量开释会发生很大的电压尖峰,容易形成器件的破坏、而且好转服从,以是要只管即便使变压器的漏感降到最小。这里接纳的是“三明治”绕法,即先绕低级的一半,再绕次级,然后绕低级的另一半。如许低级将次级包在外面,可以添加耦合,减小漏感。别的接纳多股线绞合的办法,在差别的截面,每一股线交流地位,有利于电流平衡;还可以添加线材的外表积,减小高频电阻,有利于低落温升。

3 0 0 W主功率高频变压器用0.4 9mm线径高强度漆包线,低级用3根绞线后先绕最外面的1 0圈,缠2圈胶带。接着绕两头的次级,用1 6根绞线后绕3圈,甩出中央抽头,再按原偏向绕3圈,如许可在统一立体上绕完次级,只是中央抽头的来回两根线有些稍鼓出来一些,之后再缠2圈胶带。然后绕低级的后1 0圈,缠3圈胶带。绕制的时分应只管即便使线平均散布,制造完成后丈量电感量为低级1.27mH;两个次级5 5μH。理论证明,如许绕制的变压器漏感很小,原、副边漏感只要几个μH。

(6)驱动变压器的绕制

驱动变压器接纳罐型磁芯P23/18,罐型磁芯的特点是在一切范例的磁芯中具有最好的磁屏蔽结果,但是也具有最差的散热才能,因而比拟合适用来制造小功率的驱动变压器。

驱动变压器用0.2mm线径,单根。先绕高桥开关管的20圈,两头绕原边的低级20圈,最初绕低桥开关管的20圈。这是另一种接纳次级一低级一次级的绕法,异样可以无效地减小漏感。制好后丈量电感量大约有1.3mH左右。

(7)扼流圈的盘算

扼流圈是开关电源二次输入级次要功率器件,也是影响输入电压目标的紧张要素,过大的电感量会使输入的静态特性变差,而过小的电感量又会使输入的纹波目标率差,因而必需选取适宜的电感量。大略地可按上面公式盘算:

 

式中

P――输入功率;

F――开关频率;

I――输入电流。

则电感量为L=2*P/f*I2=2*3 00/(1 00*1 03*2 22),≈1 2 μ H。

3.纹波克制和EHI

纹波和E M I是开关电源中的紧张目标,可以说是间接评价制造电源优劣的标记,因而纹波克制和减小EM I是每个电源制造者都要绞尽脑汁去处理的。上面是300w电源的一些处理办法。

(1)300w开关电源在输出级参加了EMI电源噪声滤波器。电源EMI噪声滤波器是一种无源低通滤波器,它无衰减地将交换电传输到电源,而大大衰减随交换电传入的E M I噪声;同时又能无效地克制电源设置装备摆设发生的EM I噪声,制止它们进入交换电网搅扰别的电子设置装备摆设,低落传导搔扰。

(2)在输入级参加了一级克制纹波噪声的共模扼流圈。使流出的电流和流回的电流在一个小磁环上发生相反的感到磁通,使其互相抵消,极大地消弭了输入的高频噪声。颠末实行,未加共模扼流圈的输入电压用示波器会看到有20 0mVp-p的高频噪声,参加后只要十几mVp-p。

(3)别的的克制步伐。包罗在输出级串接NT C防电网浪涌电阻、在功率开关管和输入整流二极管以及高频变压器低级接入RC吸取网络、运用超快规复肖特基二极管等等,都可以无效地减小电压尖峰、克制高频噪声。

4.完毕语

3 00W开关电源是一款适用的半桥式硬开关电源,其服从到达85%,输入纹波在交换2 20V输出满载(1 4 V、2 2 A)下只要80MVP-P,并且静态呼应好,已在通讯中继台上做过24小时老化实行,结果很好。其缺乏之处在于:由于是硬开关方法,服从没有软开关好。软开关的服从普通在90%以上。

开关电源设计中的一个难点在于次要中心器件的参数选择上,实际盘算出来的数据在实践中并纷歧定就能带来好的结果。比方,主高频变压器的匝数比选择,作者已经将匝数比调到18:14,后果每到两分钟开关管就废弃了。以是,以实际为根据,从重复的实行中取得公道搭配将会进步服从并低落EMI搅扰。

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