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工程师实战经验:PSR原边反馈开关电源设计的“独特”方法

导读: PSR原边反馈开关电源方案不仅省成本而且省空间,得到很多电源工程师采用。由于技术较新,目前针对PSR原边反馈开关电源方案设计的相关讯息在行业中欠缺,下面由资深工程师结合实际进行讲解,分享他对PSR原边反馈开关电源设计的“独特”方法。

  目前比较流行的低成本、超小占用空间方案设计基本都是采用PSR原边反馈反激式,通过原边反馈稳压省掉电压反馈环路(TL431和光耦)和较低的EMC辐射省掉Y电容,不仅省成本而且省空间,得到很多电源工程师采用。

  下面结合实际来讲讲我对PSR原边反馈开关电源设计的“独特”方法——以实际为基础。

  要求条件:

  全电压输入,输出5V/1A,符合能源之星2之标准,符合IEC60950和EN55022安规及EMC标准。因充电器为了方便携带,一般都要求小体积,所以针对5W的开关电源充电器一般都采用体积较小的EFD-15和EPC13的变压器,此类变压器按常规计算方式可能会认为CORE太小,做不到,如果现在还有人这样认为,那你就OUT了。

  磁芯以确定,下面就分别讲讲采用EFD15和EPC13的变压器设计5V/1A5W的电源变压器。

  1.EFD15变压器设计

  目前针对小变压器磁芯,特别是小公司基本都无从得知CORE的B/H曲线,因PSR线路对变压器漏感有所要求。

  所以从对变压器作最小漏感设计入手:

  已知输出电流为1A,5W功率较小,所以铜线的电流密度选8A/mm2,

  次级铜线直径为:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。

  通过测量或查询BOBBIN资料可以得知,EFD15的BOBBIN的幅宽为9.2mm。

  因次级采用三重绝缘线,0.4mm的三重绝缘线实际直径为0.6mm。

  为了减小漏感把次级线圈设计为1整层,次级杂数为:9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts。

  因IC内部一般内置VDS耐压600~650V的MOS,考虑到漏感尖峰,需留50~100V的应力电压余量,所以反射电压需控制在100V以内,

  得:(Vout+VF)*n<100,即:n<100/(5+1),n<16.6,

  取n=16.5,得初级匝数NP=15*16.5=247.5

  取NP=248,代入上式验证,(Vout+VF)*(NP/NS)<100,

  即(5+1)*(248/15)=99.2<100,成立。

  确定NP=248Ts.

  假设:初级248Ts在BOBBIN上采用分3层来绕,因多层绕线考虑到出线间隙和次层以上不均匀,需至少留1Ts余量(间隙)。

  得:初级铜线可用外径为:9.2/(248/3+1)=0.109mm,对应的实际铜线直径为0.089mm,太小(小于0.1mm不易绕制),不可取。

  假设:初级248Ts在BOBBIN上采用分4层来绕,初级铜线可用外径为:9.2/(248/4+1)=0.146mm,对应的铜线直径为0.126mm,实际可用铜线直径取0.12mm。

  IC的VCC电压下限一般为10~12V,考虑到至少留3V余量,取VCC电压为15V左右,

  得:NV=Vnv/(Vout+VF)*NS=15/(5+1)*15=37.5Ts,取38Ts。

  因PSR采用NV线圈稳压,所以NV的漏感也需控制,仍然按整层设计,

  得:NV线径=9.2/(38+1)=0.235mm,对应的铜线直径为0.215mm,实际可用铜线直径取0.2mm。也可采用0.1mm双线并饶。

  到此,各线圈匝数就确定下来了。

  绕完屏蔽后,保TAPE1层;

  再绕初级,按以上计算的分4层绕制,完成后包TAPE1层;

  为减小初次级间的分布电容对EMC的影响,再用0.1mm的线绕一层屏蔽,包TAPE1层;

  再绕次级,包TAPE1层;

  再绕反馈,包TAPE2层。

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