1 开关电源介绍
此文档是作为张占松高级开关电源设计之后的强化培训,基于计划安排,由申工讲解了变压器设计之后,在此文章中简单带过变压器设计原理,重点讲解电路工作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的工作过程相当容易理解,其拥有三个明显特征:
开关:电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态
高频:电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频
直流:开关电源输出的是直流而不是交流 也可以输出高频交流如电子变压器
1.1 开关电源基本组成部分
1.2 开关电源分类:
开关电源按照拓扑分很多类型:buck boost 正激 反激 半桥 全桥 LLC 等等,但是从本质上区分,开关电源只有两种工作方式:正激:是开关管开通时传输能量,反激:开关管关断时传输能量。
下面将以反激电源为例进行讲解。
1.3 反激开关电源简介
反激又被称为隔离buck-boost 电路。基本工作原理:开关管打开时变压器存储能量,开关管关断时释放存储的能量
反激开关电源根据开关管数目可分为双端和单端反激。
根据反激变压器工作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制方式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空比的产生方式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为:电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源
此类反激电源优点:结构简单价格便宜,适用小功率电源。
此类反激电源缺点:功率较小,一般在150w 以下,纹波较大,电压负载调整率低,一般大于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计,特别是宽输入电压,多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程
为了更清楚了解设计中详细计算过程,我们将以220VAC-380VAC 输入, 5V±3%(5A),±15±5%(0.5A)三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上面要求,选择思路如下:
电源总输出功率P=5*5W 15*0.5*2=40W 功率较小,可以选择反激开关电源。
反激电源功率只有40W 又属于多路输出, 5V±3%,纹波±150mV,±15±5%。5V 要求精度高,所以5v 作为电源主反馈。考虑到5V 对±15V 的交叉控制能力,开关电源选用断续模式(DCM)。
芯片供电线圈选用15V 输出,但是其功率很小,计算过程中忽略不计。
电源功率较小,输入电压变化范围只有±30%,所以不需要PFC 电路。
电源总体电路框图设计如下:
3 输入电路
输入电路包括防雷单元,EMI 电路和整流滤波电路。下图为常见开关电源输入回路: