开关电源硬件电路设计计算及选择.doc

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1、4开关电源硬件电路设计计算及选择开关电源设计基本参数：输入电压范围：DC+18V~36V整流输出DC额定电压+24V输出电压范围：DC+5.0V额定输出电流：2.0A输出纹波电压：2%开关电源频率：50KH4.1“设计电源”预估算：1、总的输出功率：（4—1）2、估计输入功率（4—2）注：①式中，η为电源效率，取0.8②输入功率值DC-DC部分。3、直流输入电压：设计指标要求，DC直流电压：Vin：DC18V~36V可调；输入额定电压为DC+24V。4、平均输入电流⑴最大输入电流：（4—3）=0.69A⑵额定输入电流：

2、（4—4）=0.52A从最大电流输入值0.69A可见，开关电源变压器的一次绕组电流容量可选线标0.64A，导线直径为0.63mm，带绝缘直径0.721mm，导线面积S=0.32mm2。因为设计输出最大电流为2A，所以，二次绕组的电流容量可选线标2.5A，导线直径为1.12mm，带绝缘直径为1.247mm，导线截面积S=1.04mm2。UC3842及外围电路消耗功率小，本次设计所需电流不大可大概从线标中选择电流容量为0.51A，导线直径为0.560mm，带绝缘直径为0.650mm，导线面积S=0.26m2。5.估计峰值电

3、流：（4—5）=3.056(A)式中：系数选定由事先的拓扑决定，本次设计采用反激式电路。K=1.4（对于Buck电路、推挽电路和全桥电路）K=2.8（对于半桥电路和正激式电路）K=5.5（对于Bost、Buck-Boost和反激式电路）6.电源频率50KHz。本次设计选用电源控制器IC时，选用工业上通用的UC3842，单极性输出，能把占空比限制在50%内，为电流型控制。4.2.开关电源高频变压器设计计算。⑴一次电感：刚开始，在开关管导通时把一次绕组看作是一个电感器件，并满足下式：（4—6）式：——电感最大峰值电流。将上

4、式移到左边，用带到上式中，用已知的电流工作参数，通过下式就可以算出一次最大电感。（4—7）=58.9uH式中：——最大占空比（通常为50%）；——一次最大电感。⑵计算磁芯功率的吞吐量要验证变压器最大连续输出的功率能否满足负载所需的最大功率，可使用下式：（4—8）=13.75W>10W（满足要求）这里选用MPP环形磁芯，估计所需磁芯中的能量平均大小为：（4—9）=0.55参考磁芯手册，选择磁导率为125的磁芯，型号为55310-A2（或A-310090-2，M090-090A，CM229125）。这种磁芯的为90mH/1

5、000匝。⑶通过以下计算公式可求得变压器一次绕组、二次绕组、辅助绕组的匝数。一次绕组的匝数为：（4—10）=25.58匝（取整为26匝）输出电压+5V的二次绕组匝数（用肖特基整流管）：（4—11）=7.9匝（取整为8匝）辅助绕组+15V的绕组匝数（采用超快整流二极管）：（4—12）=23.1匝（取整为23匝）为了消弱趋肤效应，在高频电路中往往使用多股相互绝缘的细导线来代替同样面积的粗导线。现将上面计算的导线用细导线代替：一次绕组计算导线面积为S=0.32，现采用直径为0.25mm漆包线需要的匝数为：（4—13）=6.5

6、（股）（取整为7股）二次绕组的计算导线面积为S=，现采用直径为0.45mm的漆包线需要的匝数为：（4—14）=6.5(股)（取整为7股）4.3直流输入回路滤波电容的选择直流输入回路主要是输入旁路电容器，其主要是将DC/DC变换器的开关管产生的纹波电流旁路掉。同时避免由于输入侧的引线电感在开关管关断时产生感生电动势将开关管击穿。一般在选择电容时，对于聚合物电解电容可按下式进行选择。公式中的参数需在电路搭建成通过示波器测得。（4—15）式中：——瞬变电压峰峰值；——负荷电流变化幅值；——响应时间；C——电容量；RESR——

7、电容的ESR。本次设计输入电压较低，参考文献可选聚合物电解电容100uF，若选择铝电解电容，在获得相近的瞬变电压抑制效果可选择1500uF。实际电路中采用两只电容，一只C1=1000uF/150V，一只C2=470uF/150V。4.4选择功率开关管本设计采用UC3842直接驱动MOSFET开关管为开关电源的功率管。MOSFET开关管的设计选型主要考虑的是漏源极间耐压VDS、额定平均电流ID、工作频率f。确定漏源极间耐压VDS：（4—16）>53.875V(忽略漏感引起的尖峰)对于反激式变换器，选择开关管的源极漏极间的

8、耐压大约为1陪的VDS是比较安全的，因而取VDS=100V。确定额定工作电流ID：对于反激式变换器，选择开关管的额定平均电流时，大约取最大输入平均电流的1.5陪，是比较理想的，所以，>1.5×0.69A=1.035A根据以上两个参数及本次开关电源的频率50KHZ，可选用IRF540（或MTP10N10M）管子。4.5输出整流滤波电