取L3=20mH、C11=0.1μF、C12=0.1μF。
为更好抑制EMI,滤波器可采用如图3.9所示电路,其中L1、L2、C1可除去差模干扰,L3、C2、C3可除去共模干扰。
初步滤波之后,加接单相整流桥,交流输入电压最大值为UACImax=265V,经整流滤波后得到其直流输入电压最大值UACImax,由公式<3.3)得到:
UDCImax=UACImax*(1.2~1.4>=345V。
而输入整流桥的最大反向电压UBR=UDCImax=345V,则输入整流桥的反向击穿电压URM应满足:
URM=<2~3)UBR=600V。
由于电路的输入电流IACImax限制在3.15A以下,即IACImax<=3.15A。
当交流输入电压为固定输入220V时,输入滤波电容通常与输出额定功率Po的值相当,并且UACImin=85V,UACImax=265V,由公式<3.3)和<3.4)计算得:
UDCImin=UACImin*(1.2~1.4>
公式<3.3)
UDCImax=UACImax*(1.2~1.4>
公式<3.4)
计算得到:
UDCImin=110V,UDCImax=345V。
此处取C20=680μF,耐压400V的电解电容。
2.3.3基于TOP246Y的开关电源设计
利用TOP246Y设计了一种新型单端反激式开关电源,其输出分别为9V/2.4A、12V/3A,电路原理如图3.3.1所示。
该电源设计的要求为:
输入电压范围为交流85~265V,输出功率为60W。
由此可见,选择TOP246Y能够满足此要求。
当然,在过压时最大占空比Dmax随流入X端的电流IX的增大而减小,当IX从90μA增加到190μA时,最大占空比Dmax就从78%<对应于UUV=100V)线性地降低到47%<对应于375V)。
在掉电后,欠压检测能在C1放电时减少输出干扰,只要出现输出调节失效或者输入电压低于40V的情况,都会使-GX关闭。
当开关电源受到450V以上的冲击电压时,R5同样可使TOP249关断,避免元器件受到损坏。
但一般说来,由于交流输入电压在85~265V范围内,经整流滤波后的直流输入电压就在110~345V范围内波动,不会超出100~450V的范围,所以本设计的开关电源相对安全。
2.3.4高频变压器的设计
高效率的高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组的分布电容及各绕组间的耦合电容小等条件。
2.3.4.1该开关电源高频变压器的参数计算
在单端反激式开关电源中,高频开关变压器既是储能元件又是传递能量的主体,设计难度较大,是一个十分关键的环节。
设计的主要参数包括变压器变比n,初、次级绕组匝数NP、NS和反馈绕组匝数NF等。
1.初级感应电压UOR的计算
关断且次级电路处于导通状态时,次级电压会感应到初级。
初级感应电压UOR是开关管断开期间初级感应到的电压值。
UDCImin=110V,则由公式<3.5)计算:
UOR=UDCImin×ton/toff=UDCImin×Dmax/(1-Dmax>公式<3.5)
计算得到:
UOR=73V。
2.确定变压器各绕组匝数
<1)变压器变比的计算
当TOP246Y中的MOSFET关断时,储存在变压器初级中的能量开始向次级传递,次级两路绕组的电压US1、US2可表示为:
US=UDCImin×ton/toff×NS/NP公式<3.6)
变压器次级电压与输出电压的关系为:
US1=UO+UL+UF=12+0.3+0.4=12.7V;
US2=UO+UL+UF=9+0.3+0.4=9.7V;
其中变压器次级绕组压降UL为0.3V,输出整流共阴极肖特基对管VD2、VD3压降UF为0.4V。
变压器的变比n可表示为:
n=NS/NP=NS/(UDCImin×ton/toff>=US1/UOR公式<3.7)
计算得n1=0.093、n2=0.07。
<2)变压器初级、次级及反馈绕组匝数的计算
根据单端反激式变压器的工作磁通密度及法拉第电磁感应定律εί=-N×dB/dt×S,另外参考同类型相应实验数据资料,可得到初级线圈匝数NP、次级线圈匝数NS,即NP=43匝,NS1=NP×US1/UOR=4匝。
NS2=NP×US1/UOR=3匝。
<3)反馈绕组匝数的计算公式为:
NB=NP×(UB+UF>/UOR公式<3.8)
将NB=12V,UF=0.7V带入得NB=4匝。
图2.3.4.1该单端反激式开关电源变压器绕制示意图
2.3.5输出整流滤波电路的设计
输出整流滤波电路由D1、D2、D4、D3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、L1、L2构成。
2.3.5.1输出整流电路的设计
输出整流管宜采用肖特基二极管,肖特基二极管是利用金属和半导体接触产生的势垒作用的二极管,它是以多数载流子工作的,因而在开关时没有少数载流子存储电荷和移动效应。
其压降低、正向导通损耗小,能提高电源效率。
最高反向工作电压UBR=12.7V,整流管实际承受的最大反向峰值电压URM=(2~3>UBR=40V。
并且,额定输出电流IO=3A,则整流管标称电流IFI≥(2~3>IO=10A。
为了减小次级绕组和输出整流管的损耗,现将次级绕组分成两路,每路单独使用一只SR560的共阴极肖特基对管(D1、D2>,然后并联工作。
之后串接LC电路,进行滤波,当然,另一路也是同样原理。
2.4小结
本章介绍了一种单端反激式单片开关稳压电源的设计方法。
该开关电源采用TOPSwitch-GX器件作为核心器件,提供直流输入电压,可获得高质量的稳压输出。
参照给定的该电源的技术参数,设计了该开关电源的滤波、整流、反馈等电路。
详细的给出了单片开关电源高频变压器的设计方法,并通过反复实验有了一定的心得,取得了高频变压器设计的宝贵经验。
在最初制作高频变压器时,难以确定变压器的变比,因此更加难以确定高频变压器原、副边的绕线匝数。
不过,经过查阅资料并在计算时作出适当的参数调整,最终避免了高频变压器原、副边的绕线匝数绕制的错漏。
小结并致谢
通过本次课程设计,使我对这几年中所学的知识有了进一步的认识,同时通过这次设计,加强了我独立思考和动手能力,加强了解决问题的能力。
在这里首先感谢母校对我们课程设计给予的支持和帮助,还要感谢这几年里所有任课老师对我的栽培,尤其感谢我的课程设计的指导老师,他不但为我提供了良好的学习科研环境,更培养了我独立从事科学的能力。
其广博的知识、扎实的理论功底、严谨的治学态度、敏锐的科学洞察力和孜孜不倦的进取精神都给我留下了深刻的印象,为我今后的工作学习树立了榜样,潜移默化的熏陶亦将使我受益终身。
在课程设计过程中张老师悉心指导我的课程设计,对我提出的问题耐心解答,在老师的帮助下,使我的课程设计能顺利完成,在这里对张老师表示由衷的感谢。
希望在以后的日子里母校蒸蒸日上,祝愿曾鼓励、支持与帮助过我的老师和同学们,学业有成,身体健康。
在未来的日子里,我将一如既往的遵循着不断进取的精神,极力为母校争光。
再次向曾鼓励、支持与帮助过我的老师和同学们表示衷心的感谢
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