开关电源设计(精通型)
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开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点,被广泛应用于电子设备中。
本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。
以下是一个典型的开关电源的工作原理图:开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波:交流电通过电源的输入端,首先经过输入滤波电路。
该电路使用电容和电感元件,去除交流电中的高频噪声和干扰,使得电源输入的电流更加稳定。
2.整流:经过滤波的交流电信号,经过整流桥或整流管,被转换为一个较高的直流电压。
整流桥通常由4个二极管组成,它们交替导通,使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。
3.能量存储:整流后的直流电压通过电容器进行存储。
电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压,防止输出电压的波动。
4.调节:开关电源通常具有可调节输出电压的功能。
这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。
调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件(如电感、变压器等)组成,以控制开关频率和占空比。
5.输出:经过调节后的直流电压,通过输出滤波电路去除残余的高频噪声,然后供给电子设备的负载。
3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤:3.1 确定设计规格在开始设计之前,需要明确电源的输入和输出要求。
输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等;输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。
3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种,如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。
根据实际需求选择最适合的拓扑结构。
3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构,确定主要元件的参数,如开关管、变压器、电感、电容等。
3.4 确定控制策略根据实际需求,选择合适的控制策略,如PWM控制、电流模式控制等。
一步一步精通单端反激式开关电源设计目录■系统应用需求交流输入最小电压:VACMIN,单位V 交流输入最大电压:VACMAX,单位V 交流输入电压频率:FL,单位HZ开关频率:FS,单位KHZ输出电压:Vo,单位V输出电流:IO,单位A电源效率:η负载调整率:SI损耗分配因子:Z空载功率损耗:P_NO_LOAD,单位MW输出纹波电压:VRIPPLE,单位MV■步骤1_确定应用需求●交流输入最小电压:VACMIN●交流输入最大电压:VACMAX●交流输入电压频率:FL50HZ或者60HZ,详见世界电网频率表。
本例设计取50HZ●开关频率:FS大于20KHZ,常用50KHZ~200KHZ,由MOSFET芯片决定。
例TOP246Y 开关频率频率为66KHZ/132KHZ,本例设计取132KHZ●输出电压:VO,本例设计取32V●输出电流:IO,本例设计取●电源效率:η低电压(5V以下)输出时,效率可取75%;中等电压(5V到12V之间)输出时,可选80%;高压(12V以上)输出时,效率可取85%;可参考MOSFET芯片厂商数据手册建议,如果没有更好的参考依据,可以使用80%本例设计取85%●负载调整率:SI参考产品规格书,TOP246Y提供4重负载调整率:±10%,±%,±1%,±%本例取±%●损耗分配因子:Z,如果Z=1,说明所有损耗都在次级侧。
如果Z=0,说明所有损耗都在初级侧。
如果没有更好的参考数据,可以使用Z=。
●空载功率损耗:P_NO_LOAD,可参考MOSFET芯片厂商数据手册建议,本例取520MW●输出纹波电压:VRIPPLE,小于200MV■步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压VB以TOP246Y为例:■步骤3_确定最小和最大直流输入电压VMIN 和VMAX ,并基于输入电压和PO 选择输入存储电容CIN 的容量 、选择输入存储电容CIN 的容量⑴输入滤波电容器容量的选择(简单估算)为降低整流滤波器的输出纹波,输入滤波电容器的容量CI 必须选的合适。
一步一步精通单端反激式开关电源设计目录■系统应用需求 (3)■步骤1_确定应用需求 (3)■步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压VB (4)■步骤3_确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX,并基于输入电压和PO选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.1、选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.2、确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX (8)■步骤4_输入整流桥的选择 (9)■步骤5_确定发射的输出电压VOR以及钳位稳压管电压VCLO (10)■步骤6_对应相应的工作模式及电流波形设定电流波形参数KP:当KP≤1时,KP=KRP;当KP≥1时,KP=KDP (14)■步骤7_根据VMIN和VOR确定DMAX (15)■步骤8_计算初级峰值电流IP、输入平均电流IAVG和初级RMS电流IRMS (16)■步骤9_基于AC输入电压,VO、PO以及效率选定MOS管芯片 (17)■步骤10_设定外部限流点降低的ILIMIT降低因数KI (17)■步骤11_通过IP和ILIMIT的比较验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤12_计算功率开关管热阻选择散热片验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤13_计算初级电感量LP (18)■步骤14_选择磁芯和骨架,再从磁芯和骨架的数据手册中得到AA,AA,AA,和BW的参考值 (18)■步骤15_设定初级绕组的层数L以及次级绕组圈数AA(可能需要经过迭代的过程) (24)■步骤16_计算次级绕组圈数AA以及偏置绕组圈数AA (25)■步骤17_确定初级绕组线径参数OD、DIA、AWG (25)■步骤18_步骤23-检查AA、AAA以及AA。
如果有必要可以通过改变L、AA或AA或磁芯/骨架的方法对其进行迭代,知道满足规定的范围 (25)■步骤24 –确认AA≤4200高斯。
如有必要,减小限流点降低因数AA (26)■步骤25 –计算次级峰值电流AAA (26)■步骤26 –计算次级RMS电流AAAAA (26)■步骤27 –确定次级绕组线径参数AA A、AAA A、AAA A (26)■步骤28 –确定输出电容的纹波电流AAAAAAA (27)■步骤29 –确定次级及偏置绕组的最大峰值反向电压AAAA,AAAA (27)■步骤30 –参照表8,基于VOR及输出类型选择初级钳位电路中使用的钳位稳压管以及阻断二极管 (27)■步骤31 –根据表9选择输出整流管 (28)■步骤32 –输出电容的选择 (28)■步骤33 –后级滤波器电感L和电容C的选择 (29)■步骤34 –从表10选择偏置绕组的整流管 (29)■步骤35 –偏置绕组电容的选择 (29)■步骤36 –控制极引脚电容及串联电阻的选择 (29)■步骤37 –根据图3、4、5及6中所示的参考反馈电路的类型,选用相应的反馈电路元件 (29)■步骤38 –环路动态补偿设计 (30)■系统应用需求交流输入最小电压:VACMIN,单位V交流输入最大电压:VACMAX,单位V交流输入电压频率:FL,单位HZ开关频率:FS,单位KHZ输出电压:Vo,单位V输出电流:IO,单位A电源效率:η负载调整率:SI损耗分配因子:Z空载功率损耗:P_NO_LOAD,单位MW输出纹波电压:VRIPPLE,单位MV■步骤1_确定应用需求●交流输入最小电压:VACMIN●●交流输入电压频率:FL50HZ或者60HZ,详见世界电网频率表。
开关电源全套设计方案开关电源是一种常用的电源变换装置,它能将一种电源的电压变换为另一种电压,并可通过开关器件进行开关控制。
开关电源具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等特点,在各个领域得到广泛应用。
一、设计方案概述本设计方案通过分析需求,确定了设计目标和主要性能指标,然后选择适当的拓扑结构,确定了关键器件和参数,最后进行了电路设计和参数调试。
二、设计目标和主要性能指标1. 输入电压范围:AC 220V±10%2. 输出电压:DC 12V3. 输出功率:100W4. 效率:≥85%5. 输出稳定性:±2%6. 过载保护:输出短路时自动断开7. 过温保护:超过设定温度时自动断开三、选择适当的拓扑结构本设计采用了开关变换器的常见拓扑结构——反激式开关电源,具有简单的电路结构和较高的转换效率。
四、选择关键器件和参数1. 开关管(MOS管):根据输出功率和转换效率的要求,选择合适的MOS管,具有较低的开通电阻和导通损耗。
2. 反馈电路:通过反馈电路实现稳定输出电压和过载保护功能,选择合适的电压反馈元件和电流感测元件。
3. 输出滤波电容:选择合适的输出滤波电容,使输出电压具有较小的纹波和噪声。
4. 控制电路:选择合适的控制电路,实现对开关管的开关控制,避免过流和过载。
五、电路设计和参数调试1. 输入电路设计:包括输入滤波电容、输入稳压电路等,目的是提供稳定的输入电压。
2. 开关电源主要电路设计:包括开关管、反馈电路、输出滤波电容等,保证输出电压的稳定性和过载保护功能。
3. 控制电路设计:根据开关管的特性选择适当的控制电路,实现对开关管的开关控制。
4. 参数调试:根据设计目标和性能指标,通过不断调整各个元件的参数,以达到设计要求。
六、总结本设计方案采用反激式开关电源的拓扑结构,通过合理选择关键器件和参数,进行电路设计和参数调试,可以满足输入电压范围为AC 220V±10%,输出电压为DC 12V,输出功率为100W的要求。
我要设计的开关电源规格为:输入电压为90~264V AC 、50HZ 、工作效率为80%、输出功率为24W 、输出电压为24V 、输出电流为1A ,开关电源IC 工作频率为65KHZ 、工作模式为CCM (电流连续模式),输入电容为二个22UF/400V 的电解并联组成。
输出电容为一个470UF/50V 的电解与一个220UF/50V 的电解并联组成。
MOS 管的耐压为600V ,输出整流二极管耐压为200V ,Vf=0.5V.计算过程如下:1、 计算匝比N1) 由整流二极管耐压,有375/N+(24+0.5)<0.8*200;2) 由MOS 管的耐压:375+(24+0.5)*N<0.8*600由以上两式可得N=32、 确定Vin(min)、DmaxVin(min)==---63210*44*8.010*7*24*2)90*2(81V Dmax=813*5.243*5.24+=0.48 3、 计算临界电流均值、峰值在BCM 时,Iin-avg=Pin/(3*Vin(min))=24/(0.8*3*81)=0.12(A)变压器初级临界电源均值△Ip=Ipk=2*Iin-avg/Dmax=2*0.12/0.48=0.5(A)4、 计算变压器初级电感量Lp最低输入电压、BCM 条件下,最大导通时间Ton(max)=0.48/(65*310)=7.4uSLp=(Vin(min)*Ton(max))/△Ip=(81*7.4*106-)/0.5=1.2mH5、 根据面积积(APp )来选变压器的磁芯APp=(Po*106)/(2*η*Ko*Kc*f*Bm*j)=(24*106)/(2*0.8*0.4*1*65*103*1600*4.2)=0.0857(cm 4)因为预先选定是RM-8磁芯,该磁芯的横截面积为64mm 2、面积积为0.3133 cm 4.6、计算变压器初级、次级匝数,辅助绕组匝数及气隙长度1)初组绕组匝数Np=(Vin(min)*Ton(max))/(Ae*Bm)=(81*7.4*106-)/(64*106-*0.16)=599.4/10.24=59(匝)2)次级匝数Ns=Np/N=59/3=20(匝)3)辅助绕组匝数Na因为IC 工作电压Vcc 为18.25V(中心值),所以Na=((Vcc+1)/(V o+Vd))*Ns=((18.25+1)/(24+0.5))*20=16(匝)4)气隙长度:在这里我不知道怎么计算?7、计算满时峰值电流CCM 条件下,电感电流增量△I=(Vin(min)*Ton(min))/Lp△I =(81*7.4*106-)/(1.2*103-)=0.5(A)变压器初级峰值电流Ipk=(Pin/(Vin(min)*Dmax))+(△I/2)Ipk =(24/(0.8*81*0.48))+(0.5/2)=0.77+0.25=1.02(A)8、最大工作磁芯密度BmaxBmax=(Lp*Ipk)/(Ae*Np)=(1.2*103-*1.02)/(64*106-*59)=0.32 (T)因为铁氧体磁芯饱和磁通密度Bsat=0.39(T),所以可以说磁芯选择正确.9、计算变压器初级电流有效值、次级电流有效值电流中心值 Ia=Ipk-(△I/2)电流直流分量 Idc=Dmax*Ia电流有效值 Irms=Ia*max D电流交流分量 Iac=Ia*max)1(max*D D -1) 计算变压器初级各电流分量电流中心值 Ipa=Ipk-(△I/2)=1.02-(0.5/2)=0.77(A)电流直流分量 Ipdc=Dmax*Ipa=0.48*0.77=0.37 (A)电流有效值 Iprms=Ipa*max D =0.77*48.0=0.53 (A)电流交流分量 Ipac=Ipa*max)1(max*D D -=0.77*)48.01(*48.0-=0.38(A)2) 计算变压器次级各电流分量电流中心值 Isa=Isdc/Dmax=1/0.48=2.08(A)电流直流分量 Isdc=Io=1 (A)电流有效值 Isrms=Isa*max D =2.08*48.0=1.44 (A)电流交流分量 Isac=Isa*max)1(max*D D -=2.08*)48.01(*48.0-=1.04 (A)10、计算变压器初、次级导线线径自然冷却时,取电流密度为j=4.2A/mm 21) 初级导线Sp=Iprms/j=0.53/4.2=0.126(mm 2)Sp=3.14*(Фp/2)2=0.785*Фp 2 Фp= 1.13*Sp =1.13*126.0=0.4(mm) 2) 次级导线Ss=Isrms/j=1.44/4.2=0.343(mm 2)Sp=3.14*(Фp/2)2=0.785*Фp 2 Фp= 1.13*Sp =1.13*343.0=0.66(mm) 3) 辅助绕组Ss=Isrms/j=0.1/4.2=0.0238(mm 2)Sp=3.14*(Фp/2)2=0.785*Фp 2 Фp= 1.13*Sp =1.13*0238.0=0.18(mm)11、变压器初次级绕线根数集肤深度δ=6.61/f =6.61/310*65=0.26(mm)1)初级线圈:Φ0.4mm*1P*59Ts2)次级线圈:Φ0.35mm*2P*20Ts3)辅助绕组:Φ0.18mm*1P*16Ts计算方法二:1、。
型号:编写:jianjun8410日期:序号参数单位1VACMIN 195V 2VACMAX 265V 3f L 50Hz 4fs132kHzMain outOut2Out3Out432000V 1.9000A PO60.860.8W 6η85%7Z 0.58U FB12V 0.2±%光耦/TL43110CIN(理论值)60.8UF 11CIN(实取值)100UF单端反激式开关电源反激式开关电源电表格中灰色为允许数据输入,黄色为中间变量,蓝色为输出变量。
当在其中输入数据时,表格会自动计算相关参数。
欢迎大家在论坛中提出宝贵意见或使用情况。
________________ jianjun8410计算数据UO IO SI 5一、设计需求部分9反馈电路类型型号:编写:jianjun8410日期:序号参数单位单端反激式开关电源反激式开关电源电表格中灰色为允许数据输入,黄色为中间变量,蓝色为输出变量。
当在其中输入数据时,表格会自动计算相关参数。
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________________ jianjun8410计算数据12VMIN254.1V13VMAX 374.8V 14VOR 110V15KP116DMAX 30.7%17IP 1.832A 18IAVG 0.281A 19IRMS 0.586A 20IR1.832A型号:编写:jianjun8410日期:序号参数单位单端反激式开关电源反激式开关电源电表格中灰色为允许数据输入,黄色为中间变量,蓝色为输出变量。
当在其中输入数据时,表格会自动计算相关参数。
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________________ jianjun8410计算数据21储能方程式计算LP MIN 298.8UH 22脉动方程式计算LP MIN (辅助)315.1UH 23实取电感量LP 299UH 24估计初级漏感L_LKG7.48UH25BVDSS 647.8V 26PO(MOS)76.0W 27BVDSS(选定)700V 28PO(选定)125W 29VDS(选定) 6.21V 30RDS(ON)(选定)5Ω31ILIMIT(选定)2.70A 32BP0.42TMOS 管芯片选择二、关键元器件选择型号:编写:jianjun8410日期:序号参数单位单端反激式开关电源反激式开关电源电表格中灰色为允许数据输入,黄色为中间变量,蓝色为输出变量。
共享10本开关电源设计书籍--每一本都是经典!(新增《开关电源设计(第三版)》中文PDF)加入收藏字号:
关于开关电源设计的书籍本人有不少,同时也收集了相应的电子档,这里共享一批,方便需要的人下载。
论坛里已有的很多电子书都比较零散,一般一个帖子才一两本书,要下载挺麻烦的,我这里初步看了下,有十本,有些是论坛没有的,都是经典,你们挑着下吧。
为了方便看帖,下面列出所传10本书的名字:(排名不分先后,按上传的顺序列出)
1,《开关电源设计》(第二版中文)
《开关电源设计》(第三版英文原版注:158楼新增中文PDF)
2,《Fundamentals of Power Electronics Second Edition》
Sanjaya Maniktala 写的三本书:
3,《精通开关电源设计》(中、英文)
4,《开关电源设计与优化》(中文)
5,《开关电源故障诊断与排除》(英文原版)
6,《实用开关电源设计》Ron Lenk
7,《开关电源设计指南(原书第二版)》
8,《变压器与电感器设计手册》(第三版)
9,《磁性元器件分册》--赵修科
10,开关电源的原理与设计(修订版)。
开关电源设计三种基础拓扑(buck boost buck-boost )的电路基础: 1, 电感的电压公式dtdI LV ==TI L∆∆,推出ΔI =V ×ΔT/L2, sw 闭合时,电感通电电压V ON ,闭合时间t ON sw 关断时,电感电压V OFF ,关断时间t OFF3, 功率变换器稳定工作的条件:ΔI ON =ΔI OFF 即,电感在导通和关断时,其电流变化相等。
那么由1,2的公式可知,V ON =L ×ΔI ON /Δt ON ,V OFF =L ×ΔI OFF /Δt OFF ,则稳定条件为伏秒定律:V ON ×t ON =V OFF ×t OFF4, 周期T ,频率f ,T =1/f ,占空比D =t ON /T =t ON /(t ON +t OFF )→t ON =D/f =TD→t OFF =(1-D )/f电流纹波率r P51 52r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI =E t /L μH E t =V ×ΔT (时间为微秒)为伏微秒数,L μH 为微亨电感,单位便于计算 r =E t /( I L ×L μH )→I L ×L μH =E t /r →L μH =E t /(r* I L )都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适,具体见 P53电流纹波率r =ΔI/ I L =2I AC /I DC 在临界导通模式下,I AC =I DC ,此时r =2 见P51 r =ΔI/ I L =V ON ×D/Lf I L =V O FF×(1-D )/Lf I L →L =V ON ×D/rf I L 电感量公式:L =V O FF×(1-D )/rf I L =V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面:A,I PK =(1+r/2)×I L ≤开关管的最小电流,此时r 的值小于0.4,造成电感体积很大。
B,保证负载电流下降时,工作在连续导通方式P24-26,最大负载电流时r ’=ΔI/ I LMAX ,当r =2时进入临界导通模式,此时r =ΔI/ I x =2→ 负载电流I x =(r ’ /2)I LMAX 时,进入临界导通模式,例如:最大负载电流3A ,r ’=0.4,则负载电流为(0.4/2)×3=0.6A 时,进入临界导通模式避免进入临界导通模式的方法有1,减小负载电流2,减小电感(会减小ΔI ,则减小r )3,增加输入电压 P63电感的能量处理能力1/2×L ×I 2电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ,避免磁饱和。
确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O最终确认L 的值基本磁学原理:P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场:也称磁场强度,场强,磁化力,叠加场等。
单位A/mB 场:磁通密度或磁感应。
单位是特斯拉(T )或韦伯每平方米Wb/m 2恒定电流I 的导线,每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB =k ×I ×dl ×a R /R 2dB 为磁通密度,dl 为电流方向的导线线元,a R 为由dl 指向点p 的单位矢量,距离矢量为R ,R 为从电流元dl 到点p 的距离,k 为比例常数。
在SI 单位制中k =μ0/4π,μ0=4π×10-7H/m 为真空的磁导率。
则代入k 后,dB =μ0×I ×dl ×R/4πR 3 对其积分可得B =340RCRIdl ⨯⎰πμ磁通量:通过一个表面上B 的总量 Φ=⎰∙SB ds ,如果B 是常数,则Φ=BA ,A 是表面积H =B/μ→B =μH ,μ是材料的磁导率。
空气磁导率μ0=4π×10-7H/m 法拉第定律(楞次定律):电感电压V 与线圈匝数N 成正比与磁通量变化率 V =N ×d Φ/dt =NA ×dB/dt线圈的电感量:通过线圈的磁通量相对于通过它的电流的比值L=H*N Φ/I磁通量Φ与匝数N 成正比,所以电感量L 与匝数N 的平方成正比。
这个比例常数叫电感常数,用A L 表示,它的单位是nH/匝数2(有时也用nH/1000匝数2)L=A L *N 2*10-9H 所以增加线圈匝数会急剧增加电感量若H 是一闭合回路,可得该闭合回路包围的电流总量⎰Hdl =IA ,安培环路定律结合楞次定律和电感等式dtdI LV =可得到V =N ×d Φ/dt =NA ×dB/dt =L ×dI/dt 可得功率变换器2个关键方程:ΔB =L ΔI/NA 非独立电压方程 →B =LI/NAΔB =V Δt/NA 独立电压方程 →B AC =ΔB/2=V ON ×D/2NAf 见P72-73N 表示线圈匝数,A 表示磁心实际几何面积(通常指中心柱或磁心资料给出的有效面积Ae ) B PK =LI PK /NA 不能超过磁心的饱和磁通密度由公式知道,大的电感量,需要大的体积,否则只增加匝数不增加体积会让磁心饱和 磁场纹波率对应电流纹波率rr =2I AC /I DC =2B AC /B DCB PK =(1+r/2)B DC →BD C =2B PK /(r +2)B PK =(1+2/r )B AC →B A C =r B PK /(r +2)→ΔB =2 B AC =2r B PK /(r +2) 磁心损耗,决定于磁通密度摆幅ΔB ,开关频率和温度 磁心损耗=单位体积损耗×体积,具体见P75-76Buck电路电容的输入输出平均电流为0,在整个周期内电感平均电流=负载平均电流,所以有:5,I L=I o6,二极管只在sw关断时流过电流,所以I D=I L×(1-D)7,则平均开关电流I sw=I L×D8,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V O+V SW→V ON=V IN-V O-V SW≈V IN-V O假设V SW相比足够小V O=V IN-V ON-V SW≈V IN-V ONSw关断时:V OFF=V O+V D →V O=V OFF-V D≈V OFF 假设V D相比足够小9,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由8可得:D=V O/{(V IN-V O)+V O}D=V O/ V IN10,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC≡I L=I o见511,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN(1-D)D/ 2Lf=V O(1-D)/2Lf由1,3、4、9得,ΔI=V ON×t ON/L=(V IN-V O)×D/Lf=(V IN-DV IN)×D/Lf=V IN(1-D)D/ LfΔI/ t ON=V ON/L=(V IN-V O)/LΔI=V OFF×t OFF/L=V O T(1-D)/L=V O(1-D)/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=V O/L12,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=(V IN-V O)×D/Lf I L=V O×(1-D)/Lf I L=V O×(1-D)/Lf I LFF13,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L14,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O最恶劣输入电压的确定:V O、I o不变,V IN对I PK的影响:D=V O/ V IN V IN增加↑→D↓→ΔI↑, I DC=I O,不变,所以I PK↑要在V IN最大输入电压时设计buck电路p49-51例题:变压器的电压输入范围是15-20v,输出电压为5v,最大输出电流是5A。
如果开关频率是200KHZ,那么电感的推荐值是多大?解:也可以用伏微秒数快速求解,见P69(1)buck电路在V INMAX=20V时设计电感(2)由9得到D=V O/ V IN=5/20=0.25(3)L=V O×(1-D)/ rf I L=5*(1-0.25)/(0.4*200*103*5)=9.375μH(4)I PK=(1+r/2)×I O=(1+0.4/2)*5=6A(5)需要9.375μH 6A附近的电感例题:buck变换器,电压输入范围是18-24v,输出电压为12v,最大负载电流是1A。
期望电流纹波率为0.3(最大负载电流处),假设V SW=1.5V,VD=0.5V,并且f=150KHz。
那么选择一个产品电感并验证这些应用。
解:buck电路在最大输入电压V IN=24V时设计15,二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以I D=I L×(1-D)=I O16,则平均开关电流I sw=I L×D17,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V SW →V ON=V IN-V SWV ON≈V IN假设V SW相比足够小Sw关断时:V OFF+V IN=V O+V D→V O=V OFF+V IN-V DV O≈V OFF+V IN假设V D相比足够小V OFF=V O+V D-V INV OFF≈V O-V IN18,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由17可得:D=(V O-V IN)/{(V O-V IN)+V IN }=(V O-V IN)/ V O→V IN=V O×(1-D)19,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC=I O/(1-D)20,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN×D/2Lf=V O(1-D)D/2Lf由1,3、4、17,18得,ΔI=V ON×t ON/L=V IN×TD/L=V IN×D/LfΔI/ t ON=V ON/L=V IN/LΔI=V OFF×t OFF/L=(V O-V IN)T(1-D)/L=V O(1-D)D/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=(V O-V IN)/L21,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L→L=V ON×D/rf I Lr=V ON×D/Lf I L=V IN×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L=(V O-V IN)×(1-D)/Lf I L×(1-D)/rf I L=V ON×D/rf I L电感量公式:L=V OFFr的最佳值为0.4,见P5222,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L23,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O/(1-D)最恶劣输入电压的确定:要在V IN最小输入电压时设计boost电路p49-51例题:输入电压范围12-15V,输出电压24V,最大负载电流2A,开关管频率分别为100KHz、200KHz、1MHz,那么每种情况下最合适的电感量分别是多少?峰值电流分别是多大?能量处理要求是什么?解:只考虑最低输入电压时,即V IN=12V时,D=(V O-V IN)/ V O=(24-12)/24=0.5I L=I O/(1-D)=2/(1-0.5)=4A若r=0.4,则I PK=(1+r/2)×I L=(1+0.5/2)×4=4.8A电感量L=V ON×D/rI L f=12*0.5/0.4*4*100*1000=37.5μH=37.5*10-6Hf=200KHz L=18.75μH,f=1MHz L=3.75μH24,二极管只在sw关断时流过电流=负载电流,所以I D=I L×(1-D)=I O25,则平均开关电流I sw=I L×D26,由基尔霍夫电压定律知:Sw导通时:V IN=V ON+V SW →V ON=V IN-V SW≈V IN假设V SW相比足够小Sw关断时:V OFF=V O+V D→V O=V OFF-V D≈V OFF 假设V D相比足够小V OFF≈V O27,由3、4可得D=t ON/(t ON+t OFF)=V OFF/(V OFF+V ON)由26可得:D=V O/(V O+V IN)→V IN=V O×(1-D)/D28,直流电流I DC=电感平均电流I L,即I DC≡I L=I O /(1-D)29,纹波电流I AC=ΔI/2=V IN×D/2Lf=V O(1-D)/2Lf由1,3、4、26,27得,ΔI=V ON×t ON/L=V IN×TD/L=V IN×D/LfΔI/ t ON=V ON/L= V IN/LΔI=V OFF×t OFF/L=V O T(1-D)/L=V O(1-D)/LfΔI/ t OFF=V OFF/L=V O/L30,电流纹波率r=ΔI/ I L=2I AC/I DC在临界导通模式下,I AC=I DC,此时r=2 见P51r=ΔI/ I L=V ON×D/Lf I L=V OFF×(1-D)/Lf I L→L=V ON×D/rf I Lr=V ON×D/Lf I L=V IN×D/Lf I L r=V OFF×(1-D)/Lf I L= V O×(1-D)/Lf I L31,峰峰电流I PP=ΔI=2I AC=r×I DC=r×I L32,峰值电流I PK=I DC+I AC=(1+r/2)×I DC=(1+r/2)×I L=(1+r/2)×I O /(1-D)最恶劣输入电压的确定:要在V IN最小输入电压时设计buck-boost电路p49-51第3章离线式变换器设计与磁学技术在正激和反激变换器中,变压器的作用:1、电网隔离2、变压器“匝比”决定恒比降压转换功能。