電路達(dá)人經(jīng)驗(yàn)談:模塊電源(AC-DC)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)電源的輸入電壓是50Hz交流電壓85~265Vac,需要整流成直流再參與變換。最簡(jiǎn)單的方法是整流橋整流,50Hz交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動(dòng)直流電壓,再通過輸入濾波電容得到直流高壓。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/226617.htm1、輸入整流濾波單元
1)整流橋的選擇
整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓VRR(V),正向壓降VF(V),平均整流電流IF(A),正向峰值浪涌電流IFSM(A),最大反向漏電流IRM(μA)。
整流橋的反向擊穿電壓VRM應(yīng)滿足下式要求:VRM>1.25*1.4Vinmax 即1.25*1.4*265=450 V,應(yīng)選耐壓600V的整流橋,整流橋額定的有效值電流為IF,應(yīng)當(dāng)使IF≥3IRMS。計(jì)算IRMS的公式如下:
IRMS= Is= P/η/Vs=2.5/0.75/110=30.3 mA,實(shí)際選用lA、600V的整流橋,以留出一定余量。
2)輸入濾波電容器的選擇
鋁電解電容器的額定電壓的1.3倍作為電容器的浪涌電壓,工作電壓高于160V時(shí),是額定工作電壓+50V作為浪涌電壓,這是生產(chǎn)廠家保證的電壓,可以允許在短時(shí)間內(nèi)承受此電壓。電容器處于浪涌電壓時(shí),電流會(huì)很大,如果時(shí)間太長(zhǎng),會(huì)爆開。 所以鋁電容器應(yīng)該選用額定電壓稍高的,實(shí)際工作電壓為標(biāo)稱額定電壓的70~80%為宜,所以選用額定電壓值為400V的鋁電解電容。
由于模塊電源體積的限制,在85~265Vac的輸入范圍內(nèi),前級(jí)儲(chǔ)能鋁電解電容的容值一般選取2倍于輸出功率的值,即2.5*2=5,綜上,鋁電解電容的取值以4.7μF/400V為宜。
2、功率變壓器的設(shè)計(jì)
1) 考慮到2.5W的輸出功率實(shí)際很小,還有模塊電源的體積限制。選擇截面積足夠而體積盡可能小的EPC13(Ae=12.5mm2)的鐵氧體磁芯來完成功率的轉(zhuǎn)換。
2) 計(jì)算ton
原邊繞組開關(guān)管的最大導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)在最低輸出電壓和最大負(fù)載時(shí)發(fā)生。 設(shè)D=ton/Ts=0.45
有:Ts=1/f=1*106/66*103=15.2 μs
ton =D* Ts =0.45*15.2=6.84 μs3) 計(jì)算最低直流輸入電壓
設(shè)電源在最低電壓時(shí)輸出最大負(fù)載,計(jì)算輸入端的直流電壓。對(duì)于單項(xiàng)交流整流用電容濾波,直流電壓不會(huì)超過交流電壓有效值的1.4倍也不小于1.2倍?,F(xiàn)取1.3倍。即:Vs=85*1.3=110 V
4) 選擇工作時(shí)的磁通密度值
已知EPC13的中心柱磁路的有效面積Ae=12.5mm2,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在100℃時(shí)是390mT,則65%的飽和值:
△Bac=390*0.65=250 mT。
5) 計(jì)算原邊匝數(shù)
因?yàn)樽儔浩鬏斎腚妷菏且粋€(gè)方波,一個(gè)導(dǎo)通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系:
Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )
式中 Np—原邊匝數(shù)
Vs—原邊直流電壓
ton—導(dǎo)通時(shí)間
Ae—磁芯有效面積
即:
Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )=110*6.84/(0.25*12.5)=240 匝
6) 計(jì)算副邊匝數(shù)
輸出電壓5V,整流管壓降0.5V,則副邊繞組對(duì)應(yīng)電壓值為Vo= 5+0.5=5.5V
原、副邊繞組匝比為Vs*D/【Vo*(1-D)】=110*0.45/【5.5*(1-0.45)】=16.36
副邊匝數(shù)Ns=240/16.36=14.7 匝,取整數(shù)15匝7) 自供電繞組的匝數(shù)
根據(jù)VIOer12A芯片的資料,自供電電壓取值為11V左右為宜,則Vf=15*(11+0.7)/(5+0.5)=31.9 匝,取整數(shù)32匝
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