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小于75W反激变换器的设计连载-1

导读: 在设计时,我前面有讲过开关电源的EMI滤波器的设计;就不再分析滤波器的设计;我先来分析开关电源的安全安规器件的设计。

我以我们自己的IC进行设计分析说明:基本的反激变换器原理图如下所示,在需要对输入输出进行电气隔离的低功率<75W~的开关电源应用场合,反激变换器(Flyback Converter)是最常用的一种拓扑结构(Topology)。简单、可靠、低成本、易于实现是反激变换器突出的优点;后面我将电源的关键部分的设计进行说明!

在设计时,我前面有讲过开关电源的EMI滤波器的设计;就不再分析滤波器的设计;我先来分析开关电源的安全安规器件的设计。

认证关于X,Y电容

根据IEC 60384-14,电容器分为X电容及Y电容:

1.X电容是指跨于L-N之间的电容器,

2.Y电容是指跨于L-G/N-G之间的电容器。(L=Line, N=Neutral, G=Ground)

X电容底下又分为X1, X2, X3,主要差别在于:

1.X1耐高压大于2.5kV, 小于等于4 kV,

2.X2耐高压小于等于2.5kV,

3.X3耐高压小于等于1.2kV

Y电容底下又分为Y1,Y2, Y3,Y4, 主要差别在于:

1.Y1耐高压大于8kV,

2.Y2耐高压大于5kV,

3.Y3耐高压 大于3.5KV

4.Y4耐高压大于2.5kV

开关电源关于X,Y电容应用特点

X,Y电容都是安规电容,火线零线间的是X电容,火线与地间的是Y电容.它们用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模,差模工扰起滤波作用.安规电容是指用于这样的场合,即电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全. 安规电容安全等级 应用中允许的峰值脉冲电压 过电压等级(IEC664)X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— 安规电容安全等级 绝缘类型 额定电压范围。

开关电源关于X,Y电容绝缘等级

Y1 双重绝缘或加强绝缘 ≥250V

Y2 基本绝缘或附加绝缘 ≥150V ≤250V

Y3 基本绝缘或附加绝缘 ≥150V ≤250V

Y4 基本绝缘或附加绝缘<150V

Y电容的电容量必须受到限制,从而达到控制在额定频率及额定电压作用下,流过它的漏电流的大小和对系统EMC性能影响的目的。

GJB151规定Y电容的容量应不大于0.1uF。

①工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;

②工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。

③因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF(472)。

压敏电阻的设计选择应用及测量

压敏电阻一般并联在电路中使用,当电阻两端的电压发生急剧变化时,电阻短路将电流保险丝熔断,起到保护作用。压敏电阻在电路中,常用于电源过压保护和稳压。测量时将万用表置10k档,表笔接于电阻两端,万用表上应显示出压敏电阻上标示的阻值,如果超出这个数值很大,则说明压敏电阻已损坏。

压敏电阻标称参数

压敏电阻用字母“MY”表示,如加J为家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量,但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用,一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。

压敏电阻的标称电压选取

一般地说,压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用,压敏电压值应大于实际电路的电压值,一般应使用下式进行选择:

VmA=av/bc

式中:a为电路电压波动系数,一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9;

这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1.5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414倍。

压敏电阻的压敏电压

即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10-9000V不等。可根据具体需要正确选用。

一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的,它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V,则压敏电阻电压值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此压敏电阻的击穿电压可选在470-480V之间。

VmA=av/bc

式中:a为电路电压波动系数,一般取1.2;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差,一般取0.85;c为元件的老化系数,一般取0.9;

这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1.5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414倍。

压敏电阻参数表如下:

我常用的S14K350器件参数如下:

安全保险丝

1作用:

安全防护。在电源出现异常时,为了保护核心器件不受到损坏。

2技术参数:

额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。

3分类:

快断、慢断、常规。

1、0.6为不带功率因数校正的功率因数估值

2、Po输出功率

3、η 效率(设计的评估值)

4、Vinmin 最小的输入电压

5、2为经验值,在实际应用中,保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。

6、0.6为不带功率因数校正的功率因数估值;0.95带PFC估值。

目前我们大多采用慢熔保险丝;其时间—电流特性如下:

热敏电阻NTC

1作用:

有效的抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。

2技术参数:

以氧化锰等为主要原料制造的精细半导体电子陶瓷元件。

电阻值随温度的变化呈现非线性变化,电阻值随温度升高而降低。

3公式解释说明:

1.Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值;

2.Rn是热敏电阻在Tn常温下的标称阻值;

3.B是材质参数;(常用范围2000K~6000K);

4.exp是以自然数 e 为底的指数( e =2.{{71828:0}} );

5.这里T1和Tn指的是K度即开尔文温度,K度=273.15(绝对温度)+摄氏度.

上述的基本安全安规基本知识掌握后,接下来再参考如下所示的设计步骤,一步一步设计反激开关变换器。

反激变换器的设计步骤

待续!请关注下回分解!

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