针对开关电源许多人觉得很难,其实不然。规划一款开关电源并不难,难就难在做精,等你真实入门了,堆集必定的经历,再选用分立的结构进行规划就简略多了。万事开头难,笔者在这就抛砖引玉,渐渐解说怎样一步一步规划开关电源。
开关电源规划的第一步便是看标准,详细的许多人都有触摸过,也能够提出来供咱们参阅,我帮助剖析。
我只带咱们规划一款宽规模输入的,12V2A的惯例阻隔开关电源。
1.首要承认功率,依据详细要求来挑选相应的拓扑结构;这样的一个开关电源多挑选反激式(flyback)根本上能够满足要求。在这儿我会更多的挑选是经历公式来核算,有需求剖析的,能够拿出来再评论。
2.挑选相应的PWMIC和MOS来进行开端的电路原理图规划
当咱们承认用flyback拓扑进行规划今后,咱们需求挑选相应的PWMIC和MOS来进行开端的电路原理图规划(sch)。无论是挑选选用分立式的仍是集成的都能够自己考虑。对里边的核算我还会进行分化。
分立式:PWMIC与MOS是分隔的,这种长处是功率能够自在调配,缺陷是规划和调试的周期会变长(仅从规划视点来说);集成式:便是将PWMIC与MOS集成在一个封装里,省去规划者许多的核算和调试分步,适合于刚入门或快速开发的环境。
3.做原理图
承认所挑选的芯片今后,开端做原理图(sch),在这儿我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行规划。
规划前最好都先看一下相应的datasheet,承认一下简略的参数。无论是选用PI的集成,或384x或OBLD等分立的都需求参阅一下datasheet。一般datasheet里都会附有简略的电路原理图,这些原理图是咱们的规划依据。
4.承认相应的参数
当咱们将原理图完结今后,需求承认相应的参数才干进入下一步PCBLayout。当然不同的公司不同的流程,咱们需求恪守相应的流程,养成一个杰出的规划习气,这一步或许会有开端评价,原理图承认,等等,签核结束后就能够进行核算了。
先附上相应的原理图。
5.承认开关频率,挑选磁芯承认变压器
这儿承认芯片作业频率为70KHz,芯片的频率能够经过外部的RC来设定,作业频率就等于开关频率,这个外设的功用有利于咱们更好的规划开关电源,也能够采纳外同步功用。与UC384X功用附近。
变压器磁芯为EER28/28L。
一般AC2DC的变换器,作业频率不宜设超越100kHz,主要是开关电源的频率过高今后,不利于体系的安稳性,更不利于EMC的经过性。频率太高,相应的di/dtdv/dt都会添加,除PI132kHz的作业频率之外,咱们能够多参阅其它家的芯片,就会总结自己的经历出来。
关于磁芯的挑选,是在开关频率和功率的根底,更多的是经历选取。当然核算的话,你需求得到更多的磁芯参数,包含磁材,居里温度,频率特性等等,这个是需求渐渐树立的。
20W~40W规模内EE25EER25EER28EFD25EFD30等均都能够。
关于变压器磁芯的挑选
功率巨细:
小于5w可运用的磁芯:
ER9.5,ER11.5,EE8.3,EE10,EE13,RM4,GU11,EP7,EP10,UI9.8,URS7
5-10W可运用的磁芯:
ER20,EE19,RM5,GU14,EFD15,EI22,EPC13,EF16,EP13,UI11.5
10-20W可运用的磁芯:
ER25,EE20,EE25,RM6,GU18,EPC17,EF20
20-50W可运用的磁芯:
ER28,ETD28,EI28,EE28,EE30,EF25,RM8,GU22,
PQ20,EPC19,EFD20
50-100W可运用的磁芯:
ER35,ETD34,EE35,EI35,EF30,RM10,GU30,PQ26,
EPC25,EFD25
100-200W可运用的磁芯:
ER40,ER42,ETD39,EI40,RM12,GU36,PQ32,EFD30
200-500W可运用的磁芯:
ER49,ETD49,EC53,EE42,EE55,EI50,RM14,GU42,
PQ35,PQ40,UU66
大于500W可运用的磁芯:
ER70,ETD59,EE65,EE85,GU59,PQ50,UU80,UU93
磁芯与传输功率对照表
6.规划变压器进行核算
输入input:85~265Vac
输出output:12V2A
开关频率Fsw:70kHz
磁芯core:EER28/28L
磁芯参数:Ae82mm2
以上均是已知参数,咱们还需求设定一些参数,就能够进入下一步核算。
设定参数:
功率η=80%
最大占空比:Dmax=0.45
磁感应强度改变:ΔB=0.2
有了这些参数今后,咱们就能够核算得到匝数和电感量。
输出功率Po=12V*2A=24W
输入功率Pin=Po/η=24W/0.8=30W
输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc
输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=375Vdc
输入均匀电流Iav=Pin/Vin(min)=30W/120Vdc=0.25A
输入峰值电流Ipeak=4*Iav=1A
原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw)=120Vdc*0.45/(1A*70K)=770uH
这儿的4是一个经历值,当然也是我自己独家的经历。至于推导,不必那么费事,看下面的图,你就理解了,下面是DCM时的电流波形;至于CCM加一个渠道,自己能够推导,很简略。
到此最重要的一步原边电感量现已求出,关于漏感及气隙,我不主张各位再去核算和验证。
漏感Lleakage<5%*Lp 上面核算了变压器的电感量,现在咱们还需求得到相应的匝数才干够完结整个变压器的作业。
1)核算导通时刻Ton周期时刻T=Ton+Toff=1/FswTon=T*DmaxFsw,Dmax都是已知量70kHz,0.45代入上式可得Ton=6.43us
2)核算变压器初级匝数Np=Vin(min)*Ton/(ΔB×Ae)=120Vdc*6.43us/(0.2*82mm2)=47T(这儿的数是必定要取整的,并且是进位取整,咱们变压器不或许只绕半圈或其它非整数圈)
3)核算变压器12V主输出的匝数输出电压(Vo):
12Vdc整流管压降(Vd):0.7
Vdc绕组压降(Vs):0.5
Vdc原边匝伏比(K)=Vi_min/Np=120Vdc/47T=2.55输出匝数(Ns)=(输出电压(Vo)+整流管压降(Vd)+绕组压降(Vs))/原边匝伏比(K)=(12Vdc+0.7Vdc+0.5Vdc)/2.55=6T(已取整)
4)核算变压器辅佐绕组(auxturning)输出的匝数核算方法与12V主绕组输出相同由于STVIPer53DIP副边反应需低于14.5Vdc,故选取12Vdc作为辅佐电压;Na=6T到这一步,咱们根本上就得出了变压器的主要参数原边绕组:47T原边电感量:0.77mH漏感<5%*0.77mH=39uH12V输出:6T辅佐绕组:6T下一步咱们只要将绕组的线径股数脚位耐压等安规方面的要求提出,就能够发给变压器厂去打样了至于气隙的核算,以及回来验证Dmax这些都是一些教科书上的,不主张咱们死搬硬套,自己灵敏一些。
上面核算出匝数今后,能够直接承认漆包线的粗细,不需求去进行杂乱的核算。
线径与惯例电阻相同,都是有定值的,记住几种常用的定值线径。这儿,原边电流比较小,能够直接选用φ0.25一股。辅佐绕组φ0.25一股。主输出绕组φ0.4或0.5三股,不必挑选更粗的,不然绕制起来,漆包线的硬度会使操作工人很难绕。
许多这一步”核算”过了今后,还会回来核算以验证变压器的窗口面积。个人认为回来验证是剩余的,由于绕制不下的话,打样的变压器厂也会反应给你,而你验证经过的,在实践中也不必定会经过;毕竟与实践绕制过程中的熟练度,及稀少仍是有很大联系的。
再下一步,需求承认输入输出的电容的巨细,就能够进行布局和布板了。
7.输入输出电解电容核算
输入滤波电解电容
Cin=(1.5~3)*Pin
输出滤波电解电容
Cout=(200~300)*Io
上面咱们核算出输入功率30W
所以Cin=45~90uF
从理论上来说,这个值选的越大,对后级就越好;从本钱上考虑,咱们不会无限制的去选取大容量。此处选值47uF/400Vdc85℃或105℃依据相应的使用环境来决议;电容不需求高频,一般低阻抗的就能够了。
输出电流是2A;
Cout=400~600uF
此处电容需求习气高频低阻的特性,这个值也能够选值变大,但条件有必要是在反应环内。由于是闭环精度操控,故取值470uF/16Vdc
这儿电源就能够选两颗470uF/16Vdc,加一个L,阻成CLC低通滤波器。
根本上到这儿,PCB上需求外形承认的器材现已完结,即PCB封装完结;下一步就可经过前面的原理图(SCH)界说好器材封装。 8.PCBLayout
上面现已承认变压器,原理图,以及电解%&&&&&%,其它的根本上都是标准件了。
由sch生成网络表,在PCBfile里界说好板边然后加载相应的封装库今后,能够直接导入网络表,进行布局;由于这个板相对比较简略,也能够直接布板,导入网络表是一个非常好的规划习气。
PCBlayout要点不是怎样连线,最重要的是怎样布局;一般来说布局OK的话,画板就轻松多了。
在布局与布板方面:
1)RCD吸收部分与变压器构成的环面积尽量小;这样能够减小相应的辐射和传导。
2)地线尽量的短和广大,确保相应的零电平有利于基准的安稳;一起VIPER53DIP这颗DIP-8的芯片散热的重要通道。
3)在di/dtdv/dt改变比较大的当地,尽量减小环路和加宽走线,下降不必要的电感特性
附上相应的图,N久之前的版别,能够改善的当地许多,各位自行参阅:现在这一块板仍一直在出产。
9.承认部分参数
咱们前几步现已核算了变压器,PCBLayout完结今后,此刻就能够承认变压器的同名端,完好的界说变压器,并发出去打样或自己绕制。
EER28/28L骨架是6+6
原边:1->3辅佐:6->5输出:7,8,9->10,11,12
关于输出的脚位,咱们能够用两个,或许全用上,看各位自己的挑选。
从原理图及PCB图上,1,6,7,8,9为同名端,自己绕制时,起线需从这几个脚位起,同方向绕制。
变压器正式界说:
1->2:φ0.25x1x24T
7->10:φ0.50x2x6T
8->11:φ0.50x2x6T
9->12:φ0.50x2x6T
2->3:φ0.25x1x23T
6->5:φ0.25x1x6T
2,4并剪脚
L1-3:0.77mH0.25V@1kHz漏感低于5%磁材:PC40或同等原料
高压:
原边vs副边:3750Vac@1mA1min无击穿无飞弧
副边vs磁芯:1500Vac@1mA1min无击穿无飞弧
阻抗:
原边vs副边/绕组vs磁芯:500Vdc阻抗>100M
补白:这儿选用三文治绕法,意图是为了下降漏感。
输出一切