一種輸出電壓4~16V開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計
電子設(shè)備的電源線是電磁干擾(EMI)出入電子設(shè)備的一個重要途徑,在設(shè)備電源線入口處安裝電網(wǎng)濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑,本電源濾波器由帶有IEC插頭電網(wǎng)濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網(wǎng)濾波器主要是阻止來自電網(wǎng)的干擾進入電源機箱。PCB電源濾波器主要是抑制功率開關(guān)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的高頻噪聲。 交流輸入220V時,整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時,則適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高,電容器容量大,因此在接通電網(wǎng)瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌沖擊電流,一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)十倍。這可能造成整流橋和輸入保險絲的損壞,也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件,造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動電路。
42半橋式功率變換器
該電源采用半橋式變換電路,如圖6所示,其工作頻率50kHz,在初級一側(cè)的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35電容器。Q4和Q5交替導(dǎo)通、截止,在高頻變壓器初級繞組N1兩端產(chǎn)生一幅值為U1/2的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳遞到輸出端,Q4和Q5采用IRFP460功率MOS管。
43功率變壓器的設(shè)計
1)工作頻率的設(shè)定
工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高,輸出濾波電感和電容體積減小,但開關(guān)損耗增高,熱量增大,散熱器體積加大。因此根據(jù)元器件及性價比等因素,將電源工作頻率進行優(yōu)化設(shè)計,本例為fs=50kHz。
T=1/fs=1/50kHz=20μs
2)磁芯選用
①選取磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)
選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多,引線空間大,接線操作方便,價格便宜等優(yōu)點。
②確定工作磁感應(yīng)強度Bm
R2KB軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應(yīng)強度Bs=0.47T,考慮到高溫時Bs會下降,同時為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和,選定Bm=1/3Bs=0.15T。
③計算并確定磁芯型號
磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數(shù)關(guān)系。對于半橋變換器,當(dāng)脈沖波形近似為方波時為SQ=(1)
式中:η——效率;
j——電流密度,一般取300~500A/cm2;
Kc——磁芯的填充系數(shù),對于鐵氧體Kc=1;
Ku——銅的填充系數(shù),Ku與導(dǎo)線線徑及繞制的工藝及繞組數(shù)量等有關(guān),一般為0.1~0.5左右。
各參數(shù)的單位是:Po—W,S—cm2,Q—cm2,Bm—T,fs—Hz,j—A/cm2。
取Po=640W,Ku=0.3,j=300A/cm2,η=0.8,Bm=0.15T,代入式(1)得SQ===4.558cm4
由廠家手冊知,EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,則SQ=10.9cm4,EE55磁芯的SQ值大于計算值,選定該磁芯。
3)計算原副邊繞組匝數(shù)
按輸入電壓最低及輸出滿載的情況(此時占空比最大)來計算原副邊繞組匝數(shù),已知Umin=176V經(jīng)整流濾波后直流輸入電壓Udmin=1.2×176=211.2V。
對于半橋電路、功率變壓器初級繞組上施加的電壓等于輸入電壓的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V,設(shè)最大占定比Dmax=0.9,則tonmax=×T×Dmax=×20×0.9=9.0μs
一種輸出電壓4~16V開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計
圖3輔助電源原理圖
Upmin×tonmax×104=105.6×9.0×10-6×104代入公式N1===8.9匝
次級匝數(shù)計算時取輸出電壓最大值Uomax=16V。次級電路采用全波整流,Us為次級繞組上的感應(yīng)電壓,Uo為輸出電壓,Uf為整流二極管壓降,取1V。Uz為濾波電感等線路壓降,取0.3V,則Us===19.22VN2=×N1=×8.9=1.8匝
為了便于變壓器繞制,次級繞組取為2匝,則初級繞組校正為:N1=×N2=10匝
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