如何設(shè)計一個正激式開關(guān)電源？

如何設(shè)計一個正激式開關(guān)電源，就像我們之前說的研發(fā)首先提出需求，然后根據(jù)具體情況來進(jìn)行設(shè)計，那我們就以一款簡單的 5.5V/20A 的來作為例子說明一下正激式開關(guān)電源的設(shè)計流程和各個參數(shù)的計算。

簡易圖紙如下圖所示：

首先我們要明確電源的一些技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓：Vin=220V;電壓變化范圍：106~235V;輸入頻率：f=50Hz;輸出電壓：Uo=5.5V;滿載電流：Io=20A;輸出功率 Po=110W。

我們由工作的頻率可以計算出電源的周期 T=1/f=5uS;對于正激式開關(guān)電源，我們一般占空比的范圍為 40%~45%之間，那我們就選擇 45%來計算，可以得到最大導(dǎo)通時間 Ton(max)=5*0.45=2.25uS。

接著我們要計算變壓器的二次繞組輸出電壓和匝數(shù)比，從上圖的簡易圖我們可以看出在開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器二次繞組電壓 U2 等于輸出電壓 Uo 加上電感消耗電壓 UL 再加上二極管 VD1 消耗的電壓 UF，所以我們可以簡單的將變壓器二次繞組的輸出最低電壓寫成：U2(min)=(Uo+UL+UF)*T/Ton=(5.5+0.3+0.5)*5/2.25=14V。

由于正激式變壓器只起到傳輸能量的作用，所以我們可以認(rèn)為一次繞組繞組 N1 和二次繞組 N2 的比值等于變壓器的一次繞組電壓 U1 和二次繞組 U2 的比值，可以寫成 N=U1/U2;根據(jù)我們的上面的輸出電壓范圍在 106V~235V 之間，我們可以得到 U1=200~350V;所以我們可以取 U1(min)=200V，所以 N=200/14=14.3。

由 N=U1(min)/U2(min)及 U2(min)=(Uo+UL+UF)*T/Ton 我們可以得到 N=U1(min)*D(max)/(Uo+UL+UF);又因為變壓器的一次繞組匝數(shù) N1 和磁通密度之間存在以下關(guān)系：N1>=(U1(min)*Ton(max)*10000)/(Bm*S);根據(jù)輸出功率與磁芯尺寸之間的關(guān)系，我們選擇 EI-28 磁芯;其有效橫截面積 S=85 平方毫米;磁通密度在 100°C 下時 Bm=3000 高斯，但是因為我們設(shè)計的電源是正激式，屬于單向激勵，所以要預(yù)留磁復(fù)位的余量，所以我們?nèi)?Bm=2000 高斯。

將數(shù)據(jù)代入上式中，我們可以得到 N1=26.5,我們?nèi)?27 匝，根據(jù) N2=N1/N 得到 N2=2 匝;。

再根據(jù)計算出來的匝數(shù)，我們可以得到準(zhǔn)確占空比 D(max)=(Uo+UL+UF)*N/U1(min)=(5.5+0.5+0.3)*13.5/200=42.5%;也就是說變壓器的一次繞組 N1=27，二次繞組 N2=2;電源最大占空比 D(max)=0.425;開關(guān)管最大導(dǎo)通時間 Ton(max)=2.1uS;二次繞組輸最低電壓 U2(min)=14.8V。

接下來就要計算輸出電感 L1 電感量 L=[【U2(min)-(UF+Uo)】*Ton(max)]/IL;因為輸出電流 Io=20A;一般我們選擇的流過電感的電流 IL 為輸出電流 Io 的 10%~30%;我們?nèi)≈虚g值 20%，那么流過電感的電流 IL=0.2*20=4A;將 4A 代入上式，可以算出電感量 L=(14.8-0.5-5.5)*2.1/4=4.6uH。