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开关电源设计及过程概述

导读: 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。

  一、概论

  开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间

  电源有如人体的心脏,是所有电设备的动力。但电源却不像心脏那样形式单一。因为,标志电源特性的参数有功率、电源、频率、噪声及带载时参数的变化等等;在同一参数要求下,又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标,人可按此去"塑造"和完美电源,因此电源的形式是极多的。

  随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年**关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。

  一般电力要经过转换才能符合使用的需要。转换的例子有:交流转换成直流,高电压变成低电压,大功率中取小功率等等。

  开关电源的工作原理是:

  1.交流电源输入经整流滤波成直流;

  2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;

  3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;

  4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。

  开关电源设计全过程

  1 目的

  希望以简短的篇幅,将公司目前设计的流程做介绍,若有介绍不当之处,请不吝指教。

  2 设计步骤:

  2.1 绘线路图、PCB Layout.

  2.2 变压器计算。

  2.3 零件选用。

  2.4 设计验证。

  3 设计流程介绍(以DA-14B33为例):

  3.1 线路图、PCB Layout请参考资识库中说明。

  3.2 变压器计算:

  变压器是整个电源供应器的重要核心,所以变压器的计算及验证是很重要的,以下即就DA-14B33变压器做介绍。

  3.2.1 决定变压器的材质及尺寸:

  依据变压器计算公式

  B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)

  Lp = 一次侧电感值(uH)

  Ip = 一次侧峰值电流(A)

  Np = 一次侧(主线圈)圈数

  Ae = 铁心截面积(cm2)

  B(max)依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDK Ferrite Core PC40为例,100℃时的B(max)为3900 Gauss,设计时应考虑零件误差,所以一般取3000~3500 Gauss之间,若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右,以避免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做较大瓦数的Power.

  3.2.2 决定一次侧滤波电容:

  滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,可以做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高。

  3.2.3 决定变压器线径及线数:

  当变压器决定後,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温昇记录为准。

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