正激式开关电源的设计

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1、WORD格式可编辑7-3正激式开关电源的设计中山市技师学院葛中海由于反激式开关电源中的开关变压器起到储能电感的作用，因此反激式开关变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。反激式在20～100W的小功率开关电源方面比较有优势，因其电路简单，控制也比较容易。而正激式开关电源中的高频变压器只起到传输能量的作用，其开关变压器可按正常的变压器设计方法，但需考虑磁复位、同步整流等问题。正激式适合50～250W之低压、大电流的开关电源。这是二者的重要区别！7.3.1技术指标正激式开关电源的技术指标见表7-7所示。表7-7正激式开关电源的技术指标项目参数输入电压单相交流220V输入电压变动范围160

2、Vac～235Vac输入频率50Hz输出电压VO=5.5V@20A输出功率110W7.3.2工作频率的确定工作频率对电源体积以及特性影响很大，必须很好选择。工作频率高时，开关变压器和输出滤波器可小型化，过渡响应速度快。但主开关元件的热损耗增大、噪声大，而且集成控制器、主开关元件、输出二极管、输出电容及变压器的磁芯、还有电路设计等受到限制。这里基本工作频率选200kHz，则=5μs式中，为周期，为基本工作频率。7.3.3最大导通时间的确定对于正向激励开关电源，选为40%～45%较为适宜。最大导通时间为=（7-24）是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件专业技术资料整理WORD格式可编辑、输出

3、二极管的耐压与输出保持时间、变压器以及和输出滤波器的大小、转换效率等都有很大影响。此处，选=45%。由式（7-24），则有=5μs0.45=2.25μs正向激励开关电源的基本电路结构如图7-25所示。图7-25正向激励开关电源的基本电路结构7.3.4变压器匝比的计算1．次级输出电压的计算如图7-26所示，次级电压与电压++的关系可以这样理解：正脉冲电压与包围的矩形“等积变形”为整个周期的矩形，则矩形的“纵向的高”就是++，即（7-25）式中，是输出二极管的导通压降，是包含输出扼流圈的次级绕组接线压降。由此可见，图7-26所示A面积等于B面积，C是公共面积，因此，真正加在负载上的输出电压更小。专

4、业技术资料整理WORD格式可编辑图7-26“等积变形”示意图根据式（7-25），次级最低输出电压为==14V式中，取0.5V（肖特基二极管），取0.3V。2．变压器匝比的计算正激式开关电源中的开关变压器只起到传输能量的作用，是真正意义上的变压器，初、次级绕组的匝比为=（7-26）根据交流输入电压的变动范围160V～235V，则=200V～350V，=200V，所以有==≈14.3把式（7-25）、（7-25）整合，则变压器的匝比为=（7-27）7.3.5变压器次级输出电压的计算变压器初级的匝数与最大工作磁通密度（高斯）之间的关系为（7-28）式中，为磁芯的有效截面积（mm2），为最大工作磁通密

5、度。专业技术资料整理WORD格式可编辑输出功率与磁芯的尺寸之间关系，见表2-3所示。根据表2-3粗略计算变压器有关参数，磁芯选EI-28，其有效截面积约为85mm2，磁芯材料相当于TDK的H7C4，最大工作磁通密度可由图7-27查出。图7-27H7C4材料磁芯的B-H特性实际使用时，磁芯温度约为100℃，需要确保为线性范围，因此在3000高斯以下。但正向激励开关电源是单向励磁，设计时需要减小剩磁（磁复位）——剩磁随磁芯温度以及工作频率而改变。此处，工作频率为200kHz，则剩磁约减为1000高斯，即磁通密度的线性变化范围为2000高斯。根据式（7-28），得=≈26.5匝，取整数27匝。因此，

6、变压器次级的匝数为=/==27/14.3=1.9匝，取整数2匝。当=/=27/2=13.5。根据式（7-27），计算最大占空比为==≈42.5%也就是说，选定变压器初、次级绕组分别为27和2匝，为了满足最低输入电压时还能保证输出电压正常，开关电源的最大占空比约为42.5%，开关管的最大导通时间约为2.1μs。下面有关参数的计算以校正后的（=42.5%）和（=2.1μs）。同时，由专业技术资料整理WORD格式可编辑式（7-26）计算的输出最低电压约为14.8V。7.3.6变压器次级输出电压的计算1．计算扼流圈的电感量流经输出扼流圈的电流如图7-28所示，则为=（7-29）式中，为输出扼流圈的电感

7、（μH）。图7-28扼流圈中的电流波形这里选为输出电流（=20A）的10%～30%，从扼流圈的外形尺寸、成本、过程响应等方面考虑，此值比较适宜。因此，按为的20%进行计算。=0.2=200.2=4A由式（7-29），求得=≈4.6μH如此，采用电感量为4.6μH，流过平均电流为20A的扼流圈。若把变压器次级的输出电压与电流波形合并在一起，如图7-29所示。在期间，为幅度14.8V的正脉冲，VD1导