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自己动手DIY设计一个45W的开关电源,总结一下经验

九州彩票 www.og1ww.com 2019-4-14 15:16| 发布者: 华哥| 查看: 30| 评论: 1

摘要: 从头开始设计、DIY一个45W的开关电源,总结一下全部过程前一阵子做电子负载,配套的改装电源板功率稍显不足,手上开关电源的相关备件都有存货,干脆从头开始自己做了一块电源板。板子已经初步弄好了,测试结果还算满 ...
从头开始设计、DIY一个45W开关电源,总结一下全部过程 

前一阵子做电子负载,配套的改装电源板功率稍显不足,手上开关电源的相关备件都有存货,干脆从头开始自己做一块电源板。板子已经初步弄好了,测试结果还算满意,发帖总结一下。
水平有限,以下内容如有错误,还请各位老师多多指正。

电源选择用反激拓扑,主芯片用手上的存货TOP246。反激拓扑结构简单,是100W以下功率时常见的选择,TOP246集成了功率开关管,电路能稍微简化一些。

电源主要参数如下:
输入电压       :AC 180-260V
最小输入电压:Vinmin=180*1.2=216V,取整为220VDC
最大输入电压:Vinmax=260*1.414=368V,取整为370VDC
输出电压      :Vout=15V
功率            :Pout=45W
频率            :fs=66KHz
效率            :η=80%

第一步:计算变压器各项参数:

一、计算初级电感量Lp,公式:Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(IPmax-Ipmin))
     Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs)
上式中各项参数及含义为:
Lp      :初级电感量
Vinmin:最小输入电压,220V
Fs      : 开关频率,66KHz
Dmax : 最大占空比,未知
Ipmin : 初级电感最小电流,未知
Ipmax: 初级电感最大电流。未知

分别计算以上未知量:

1、求最大占空比Dmax,公式:Dmax=Vf/(Vin+Vf)
     Dmax=Vf/(Vin+Vf)
上式中各项参数及含义为:
Vf:反射电压,未知
Vin:输入电压,最大占空比出现在最小输入电压时,此处取Vin=Vinmin=220V。
   反射电压Vf为输出电压按匝比反射到初级的电压,Vf与Vinmax相加不能大于MOS管的耐压,否则开关管会被击穿。
   反射电压最大可?。篤f=Vds-Vinmax
   TOP246耐压700V,留30%耐压余量,Vds可以用到约500V。
   Vf=Vds-Vinmax=500-380=120V。
将反射电压Vf、最小输入电压Vinmin代入公式:
Dmax=Vf/(Vinmin+Vf)= 120/(220+120)=0.35
以上为Dmax的理论计算值,Dmax越大,次级的占空比越小、峰值电流越大,输出波纹也就越大,MOS的耐压的压力也越大。这里优化一下,将Dmax取小一些,暂定为0.31。

2、求初级电感最小电流Ipmin、最大电流Ipmax,公式:Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax)
    Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax)
上式中各项参数及含义为:
Ipmin  :最小电流,未知
Ipmax :最大电流,未知
Pout    :输出功率 ,45W
Vinmin:最小输入电压,220V
η        :效率,80%
Dmax  :最大占空比,0.31

    反激拓扑基本工作模式有DCM(电流断续)、CCM(电流连续)两种,各有优缺点,以下按CCM计算。
    DCM模式,Ipmin=0。
    CCM模式有两个未知数,一般选择Ipmax=2~3×Ipmin。(Ipmax与Ipmin过于接近容易导致产生振荡)。
   这里取Ipmax=3Ipmin 
   IpmIn+Ipmax=2×Pout/(VInmIn×η×Dmax)=2*45/(220×0.8×0.31)=90/54.56=1.65A
   IpmIn=0.41A  
   Ipmax=1.24A  

3、计算初级电感量Lp,将以上计算所得参数代入最初的公式 Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs)
Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(Ipmax-Ipmin))  = (220×0.31)/(66000×(1.24-0.41))  =1245uH




二、计算初级匝数Np,公式:Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4
计算初级匝数首先要选择磁芯型号,常用AP法选择磁芯,这里就不计算了,按经验选择磁芯型号为ER2828。
    Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4
上式中各项参数及含义为:
L  :初级电感量(单位H),1245uH,1.245*10^-3H。      
Ip :初级峰值电流(单位A),1.24A
ΔB:磁感应强度变化量(单位T),一般定为0.3T
Ae: 磁芯截面积(单位cm2),ER2828磁芯的截面积为0.81 cm2
以上参数代入公式:
NP=(1.245*10^-3*1.24/(0.3*0.81))*10^4=64T


三、计算次级匝数Ns,公式:Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf
    Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf
上式中各项参数及含义为:
Vout:输出电压,15V
Vd  :整流管压降,0.8V
Np  :初级匝数 64
Vf   :反射电压,120V
以上参数代入公式:
Ns=(Vout+Vd)*Np/Vf  =(15+0.8)*64/120=8.4匝  
取整:
Ns=8匝。

四、计算初次级线径
有个计算电流有效值的小软件,找不到了。大概按功率算一下:
初级电流有效值=45/220=0.2-0.3A
次级电流有效值=45/15=3A。
(注:这么算电流有效值严格上说是不合理的)
小功率开关电源,可按每平方毫米5-6A的电流密度选择导线,则线径为:
初级线径=0.276mm
次级线径=0.62mm(次级两组15V输出,每组电流1.5A)
得出线径后要按公式S=75/√f核算一下趋肤深度,线径不得大于2倍的S。

五、计算次级整流二极管的耐压,公式:VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout
VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout
上式中各项参数及含义为:
VDR:整流管反压      
Vinmax:最大输入电压,370V
Ns:次级匝数,8匝
Np:初级匝数,64匝
Vout:输出电压,15V
以上参数代入公式:
VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout= 370×8/64+15=61.25V
以上计算的是整流管的最小反压值,实际因二极管在反向恢复时存在震荡、电压尖峰,VDR取得要大一些,这里靠规格取100V。如果测试时发现电压尖峰过高,还要给整流管加上吸收。




总结一下变压器的计算结果:

变压器磁芯:ER2828
初级电感量Lp:1245uH
初级匝数Np:64匝
次级匝数Ns:8匝
辅助绕组匝数:7匝
初级线径:0.3mm
次级线径:0.6mm
次级整流管耐压:100V
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最新评论

引用 歇歇 2019-4-14 19:30
谢谢分享,我对计算计算公式真的有些模糊了。

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GMT+8, 2019-4-15 00:32

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