基于PQ35的開關(guān)電源設(shè)計

　　可按下式計算半橋式高頻變壓器的原、副邊匝數(shù)比：

　　式中

　　Np--原邊繞組匝數(shù)

　　Ns--副邊繞組匝數(shù)

　　Vi n mi n--最小輸入直流電壓，在交流1 9 0 V加載下約為1

　　90*1.3=247V。

　　V o p--變壓器應(yīng)輸出電壓，為電源輸出電壓Vo、整流二級管正向壓降Vdf和濾波電感直流壓降V L三項之和除以占空比D，即Vop=(Vo+Vdf十VL)/D。在本例中Vo=14V、V df=0.7V、VL。=0.2V、D=0.8，則 Vop=(1 4+0.7+0.2)/0.8=18.625V

　　則Np/Ns=1/2*247/18.625≈6.6。

　　副邊繞組Ns=NP/6.6=20/6.6≈ 3匝，在實驗中2 0：3的匝比取得了很好的效果。

　　(4)線徑和根數(shù)的選取

　　原邊繞組電流為I p=2 P o/Vsη;

　　Po=Vop*22=14.9*22=327W;

　　Vsη=Vin min*η=247*98%=242.0 6，其中η為變壓器的效率;

　　則 I p=2*3 2 7/2 4 2.0.6≈2.7A。

　　考慮趨膚效應(yīng)，在l00KHzl00℃下穿透深度為△=7.6 5/F1/2≈0.242mm[4]，2△=0.484mm， 應(yīng)選擇直徑不超過0.484mm的漆包線?？紤]有漆的厚度，實際中選取了0.49mm

　　的高強度漆包線。

　　取電流密度J=6A/mm2，則單根o.49mm線徑漆包線可通過電流為：

　　I=JπD2/4=6*3.1 4*0.49*0.49/4≈1.1 3A

　　則初級可用3根并聯(lián)。次級為I p*Np/N s/I≈1 6根。因為次級的電流比較大(2 2A)，也可用銅箔繞制。

(5)高頻變壓器的繞制

　　高頻變壓器的繞制在制作開關(guān)電源過程中是很復雜的，當功率管由導通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，由漏感存儲的能量釋放會產(chǎn)生很大的電壓尖峰，容易造成器件的損壞、并且惡化效率，所以要盡量使變壓器的漏感降到最小。這里采用的是“三明治”繞法，即先繞初級的一半，再繞次級，然后繞初級的另一半。這樣初級將次級包在里面，可以增加耦合，減小漏感。另外采用多股線絞合的方法，在不同的截面，每一股線交換位置，有利于電流均衡;還可以增加線材的表面積，減小高頻電阻，有利于降低溫升。

　　3 0 0 W主功率高頻變壓器用0.4 9mm線徑高強度漆包線，初級用3根絞線后先繞最里面的1 0圈，纏2圈膠帶。接著繞中間的次級，用1 6根絞線后繞3圈，甩出中心抽頭，再按原方向繞3圈，這樣可在同一平面上繞完次級，只是中心抽頭的來回兩根線有些稍鼓出來一些，之后再纏2圈膠帶。然后繞初級的后1 0圈，纏3圈膠帶。繞制的時候應(yīng)盡量使線均勻分布，制作完成后測量電感量為初級1.27mH;兩個次級5 5μH。實踐證明，這樣繞制的變壓器漏感很小，原、副邊漏感只有幾個μH。

　　(6)驅(qū)動變壓器的繞制

　　驅(qū)動變壓器采用罐型磁芯P23/18，罐型磁芯的特點是在所有類型的磁芯中具有最好的磁屏蔽效果，但是也具有最差的散熱能力，因此比較適合用來制作小功率的驅(qū)動變壓器。

　　驅(qū)動變壓器用0.2mm線徑，單根。先繞高橋開關(guān)管的20圈，中間繞原邊的初級20圈，最后繞低橋開關(guān)管的20圈。這是另一種采用次級一初級一次級的繞法，同樣可以有效地減小漏感。制好后測量電感量大概有1.3mH左右。

　　(7)扼流圈的計算

　　扼流圈是開關(guān)電源二次輸出級主要功率器件，也是影響輸出電壓指標的重要因素，過大的電感量會使輸出的動態(tài)特性變差，而過小的電感量又會使輸出的紋波指標率差，因此必須選取合適的電感量。粗略地可按下面公式計算：

　　式中

　　PDD輸出功率;

　　FDD開關(guān)頻率;

　　IDD輸出電流。

　　則電感量為L=2*P/f*I2=2*3 00/(1 00*1 03*2 22)，≈1 2 μ H。

　　3.紋波抑制和EHI

　　紋波和E M I是開關(guān)電源中的重要指標，可以說是直接評價制作電源好壞的標志，因此紋波抑制和減小EM I是每個電源制作者都要絞盡腦汁去解決的。下面是300w電源的一些解決方法。

　　(1)300w開關(guān)電源在輸入級加入了EMI電源噪聲濾波器。電源EMI噪聲濾波器是一種無源低通濾波器，它無衰減地將交流電傳輸?shù)诫娫?，而大大衰減隨交流電傳入的E M I噪聲;同時又能有效地抑制電源設(shè)備產(chǎn)生的EM I噪聲，阻止它們進入交流電網(wǎng)干擾其它電子設(shè)備，降低傳導搔擾。

　　(2)在輸出級加入了一級抑制紋波噪聲的共模扼流圈。使流出的電流和流回的電流在一個小磁環(huán)上產(chǎn)生相反的感應(yīng)磁通，使其相互抵消，極大地消除了輸出的高頻噪聲。經(jīng)過實驗，未加共模扼流圈的輸出電壓用示波器會看到有20 0mVp-p的高頻噪聲，加入后只有十幾mVp-p。

　　(3)其它的抑制措施。包括在輸入級串接NT C防電網(wǎng)浪涌電阻、在功率開關(guān)管和輸出整流二極管以及高頻變壓器初級接入RC吸收網(wǎng)絡(luò)、使用超快恢復肖特基二極管等等，都可以有效地 減小電壓尖峰、抑制高頻噪聲。

　　4.結(jié)束語

　　3 00W開關(guān)電源是一款實用的半橋式硬開關(guān)電源，其效率達到85%，輸出紋波在交流2 20V輸入滿載(1 4 V、2 2 A)下只有80MVP-P，而且動態(tài)響應(yīng)好，已在通信中繼臺上做過24小時老化實驗，效果很好。其不足之處在于：由于是硬開關(guān)方式，效率沒有軟開關(guān)好。軟開關(guān)的效率一般在90%以上。

　　開關(guān)電源設(shè)計中的一個難點在于主要核心器件的參數(shù)選擇上，理論計算出來的數(shù)據(jù)在實際中并不一定就能帶來好的效果。例如，主高頻變壓器的匝數(shù)比選擇，作者曾經(jīng)將匝數(shù)比調(diào)到18：14，結(jié)果每到兩分鐘開關(guān)管就燒毀了。所以，以理論為依據(jù)，從反復的實驗中獲得合理搭配將會提高效率并降低EMI干擾。