10W-100W以內(nèi)常用反激式拓?fù)?75W以上電源有PF值要求)

100W-300W 正激、雙管反激、準(zhǔn)諧振

300W-500W 準(zhǔn)諧振、雙管正激、半橋等

500W-2000W 雙管正激、半橋、全橋

2000W以上 全橋

　　

　　

在開關(guān)電源市場(chǎng)中，400W以下的電源大約占了市場(chǎng)的70-80%，而其中反激式電源又占大部分，幾乎常見的消費(fèi)類產(chǎn)品全是反激式電源。

　　

優(yōu)點(diǎn)：成本低，外圍元件少，低耗能，適用于寬電壓范圍輸入，可多組輸出.

　　

缺點(diǎn)：輸出紋波比較大。(輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善)

　　

今天以最常用的反激開關(guān)電源的設(shè)計(jì)流程及元器件的選擇方法為例。給大家講解如何讀懂反激開關(guān)電源電路圖！

　　

　　

一般來說，總的來分按變壓器初測(cè)部分和次側(cè)部分來說明。開關(guān)電源的電路包括以下幾個(gè)主要組成部分，如圖1

 

 

圖1：反激開關(guān)電源框圖

　　

　　

圖2是反激式開關(guān)電源的原理圖，就是在圖1框圖的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，當(dāng)然，這些設(shè)計(jì)都是按照一定步驟進(jìn)行的。下面會(huì)根據(jù)這個(gè)原理圖進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)說明。

 

 

圖2：典型反激開關(guān)電源原理圖

　　

 

 

圖3：保險(xiǎn)管

　　

先認(rèn)識(shí)一下電源的安規(guī)元件-保險(xiǎn)管如圖3。

　　

作用： 安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時(shí)，為了保護(hù)核心器件不受到損壞。

技術(shù)參數(shù)： 額定電壓 ，額定電流 ，熔斷時(shí)間 。

分類： 快斷、慢斷、常規(guī)

計(jì)算公式： 其中：Po：輸出功率

η效率：(設(shè)計(jì)的評(píng)估值)

Vinmin ：最小的輸入電壓

　　

2：為經(jīng)驗(yàn)值，在實(shí)際應(yīng)用中，保險(xiǎn)管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。

　　

0.98： PF值

 

　　

NTC 熱敏電阻的位置如圖4。

 

 

圖4：NTC熱敏電阻

　　

圖4中的RT為NTC，電阻值隨溫度升高而降低，抑制開機(jī)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。

　　

圖4中RV為MOV壓敏電阻，壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件，過電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等

　　

 

 

圖5：X和Y電容

　　

如圖X電容，Y電容。根據(jù)IEC 60384-14，安規(guī)電容器分為X電容及Y電容：1. X電容是指跨與L-N之間的電容器， 2. Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器。

　　

X電容沒有具體的計(jì)算公式，經(jīng)驗(yàn)：若電路采用兩級(jí)EMI，則前級(jí)選擇0.47uF，后級(jí)采用0.1uF電容。若為單級(jí)EMI，則選擇0.47uF電容。(電容的容量大小跟電源功率沒有直接關(guān)系)

　　

Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700PF(472)

　　

 

 

圖6：共模電感

　　

共模電感上，有兩個(gè)共模電感線圈。這兩個(gè)線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制方向向反)。共模電感器要不易飽和，如此就需要選擇低B-H(磁芯損耗與飽和磁通密度)溫度特性的材料，因需要較高的電感量，磁芯的μi值也就要高，同時(shí)還必須有較低的磁芯損耗和較高的BS(飽和磁通密度)值，符合上述要求之磁芯材質(zhì)，目前以鐵氧體材質(zhì)最為合適，磁芯大小在設(shè)計(jì)時(shí)并沒有一定的規(guī)定，原則上只要符合所需要的電感量，且在允許的低頻損耗范圍內(nèi)，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品體積最小化。

　　

因此，磁芯材質(zhì)及大小選取應(yīng)以成本、允許損耗、安裝空間等做參考。共模電感常用磁芯的μi約在2000~10000之間。

　

 

  

圖7：整流橋

　　

 

 

圖8：高壓?jiǎn)?dòng)與RCD箝位電路

　　

紅線圈起的電阻為I C的高壓?jiǎn)?dòng)電阻，電阻阻值的選擇由IC特性決定。

　　

藍(lán)線圈起的部分為RCD箝位電路(也稱為關(guān)斷緩沖電路)。

 

　　

PWM集成IC的作用：500V高壓?jiǎn)?dòng)電路；電流控制模式；VCC具有過壓保護(hù)功能；具備過載保護(hù)功能；500mA驅(qū)動(dòng)能力；可調(diào)開關(guān)頻率；內(nèi)置諧波補(bǔ)償電路。

　　

各個(gè)器件的作用如下介紹：

　　

R11為IC工作頻率調(diào)整電阻；

D2為輔助繞組供電整流二極管；

R14為限流電阻；

C5為低頻濾波電容；

C11為高頻濾波電容；

R3為過功電阻；

R8為驅(qū)動(dòng)電阻；

R12 MOS開機(jī)保護(hù)電阻；

C12為旁路電容；

U3-B為光耦反饋端。

 

 

圖9：集成PWM的IC

　　

　　

MOS管的耐壓選擇：

 

為 S極間耐壓要是兩倍的直流輸入最大電壓

　　

MOS管的耐電流選擇：

 

MOS所通過的電流有效值

輸出電流

輸出功率

最小輸入直流電壓值

最大占空比

 

 

圖10：MOS管

　　

 

 

圖11：變壓器

　　

變壓器的線徑計(jì)算是有規(guī)定的，特別是反激式電源變壓器更應(yīng)該注意：

　　

在不同的頻率下選取d也是不同的，在200KHz以下時(shí)，一般為4~5A/mm2，在200KHz以上時(shí)，一般為2~3A/mm2。

　　

為了減少漏感，目前最好的、工藝最簡(jiǎn)單的繞制方法是初次級(jí)交錯(cuò)繞法也就是大家常說的三明治繞法

　　

　　

1. 限流電路由R18、U5、C17、R9、R20、R21 組成。工作原理：R18為回路的電流檢測(cè)電阻，為了降低損耗，此電阻選擇時(shí)盡量的小。

 

 

圖12：限流回路

 

2. U5為運(yùn)算放大器LM358，358內(nèi)部由兩個(gè)運(yùn)放，我們將兩個(gè)運(yùn)放一個(gè)做放大器，一個(gè)做比較器，將檢測(cè)電阻上的電壓值放大32.4倍后與基準(zhǔn)電壓做比較。當(dāng)運(yùn)放值低于基準(zhǔn)值時(shí)，比較器輸出高電平(358VCC電壓)，當(dāng)運(yùn)放值高于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，比較器輸出低電平(相對(duì)于接地).

　　

3. C10，C15和C9為次級(jí)濾波電容。

　　

4. D3為次級(jí)整流二極管。

　　

5. C8、C4、R19組成了431所需的回收回路補(bǔ)償，以便穩(wěn)定控制回路。TL431 是開關(guān)電源次級(jí)反饋?zhàn)畛Ｓ玫幕鶞?zhǔn)和誤差放大器件。

　　

6. U3光耦隔離是采用光電耦合器進(jìn)行隔離，隔離電壓為發(fā)光管和光敏三極管的隔離電壓的最小值。

 

 

圖13：次級(jí)電路

 

 

圖14：TL431 光耦和LM358

　　

總結(jié)

反激電源是生活中用到最多的電源，作為電子工程師來說熟悉和了解反激電源的組成結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)是非常必要的。反激電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于變壓器及反饋補(bǔ)償環(huán)路。反饋補(bǔ)償環(huán)路的牽扯的內(nèi)容太復(fù)雜，有機(jī)會(huì)再和大家做詳細(xì)的探討。