一種輸出電壓4～16V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

電子設(shè)備的電源線是電磁干擾（EMI）出入電子設(shè)備的一個(gè)重要途徑，在設(shè)備電源線入口處安裝電網(wǎng)濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑，本電源濾波器由帶有IEC插頭電網(wǎng)濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網(wǎng)濾波器主要是阻止來(lái)自電網(wǎng)的干擾進(jìn)入電源機(jī)箱。PCB電源濾波器主要是抑制功率開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲。 交流輸入220V時(shí)，整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時(shí)，則適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高，電容器容量大，因此在接通電網(wǎng)瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌沖擊電流，一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)十倍。這可能造成整流橋和輸入保險(xiǎn)絲的損壞，也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件，造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動(dòng)電路。

42半橋式功率變換器

該電源采用半橋式變換電路，如圖6所示，其工作頻率50kHz，在初級(jí)一側(cè)的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35電容器。Q4和Q5交替導(dǎo)通、截止，在高頻變壓器初級(jí)繞組N1兩端產(chǎn)生一幅值為U1/2的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過(guò)變壓器傳遞到輸出端，Q4和Q5采用IRFP460功率MOS管。

43功率變壓器的設(shè)計(jì)

1）工作頻率的設(shè)定

工作頻率對(duì)電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高，輸出濾波電感和電容體積減小，但開(kāi)關(guān)損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大。因此根據(jù)元器件及性價(jià)比等因素，將電源工作頻率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本例為fs=50kHz。

T=1/fs=1/50kHz=20μs

2）磁芯選用

①選取磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)

選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。

②確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm

R2KB軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs=0.47T，考慮到高溫時(shí)Bs會(huì)下降，同時(shí)為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，選定Bm=1/3Bs=0.15T。

③計(jì)算并確定磁芯型號(hào)

磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數(shù)關(guān)系。對(duì)于半橋變換器，當(dāng)脈沖波形近似為方波時(shí)為SQ=（1）

式中：η——效率；

j——電流密度，一般取300～500A/cm2；

Kc——磁芯的填充系數(shù)，對(duì)于鐵氧體Kc=1；

Ku——銅的填充系數(shù)，Ku與導(dǎo)線線徑及繞制的工藝及繞組數(shù)量等有關(guān)，一般為0.1～0.5左右。

各參數(shù)的單位是：Po—W，S—cm2，Q—cm2，Bm—T，fs—Hz，j—A/cm2。

取Po=640W，Ku=0.3,j=300A/cm2,η=0.8,Bm=0.15T,代入式（1）得SQ===4.558cm4

由廠家手冊(cè)知，EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,則SQ=10.9cm4，EE55磁芯的SQ值大于計(jì)算值，選定該磁芯。

3)計(jì)算原副邊繞組匝數(shù)

按輸入電壓最低及輸出滿載的情況（此時(shí)占空比最大）來(lái)計(jì)算原副邊繞組匝數(shù)，已知Umin=176V經(jīng)整流濾波后直流輸入電壓Udmin=1.2×176=211.2V。

對(duì)于半橋電路、功率變壓器初級(jí)繞組上施加的電壓等于輸入電壓的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V，設(shè)最大占定比Dmax=0.9，則tonmax=×T×Dmax=×20×0.9=9.0μs

一種輸出電壓4～16V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

圖3輔助電源原理圖

Upmin×tonmax×104=105.6×9.0×10－6×104代入公式N1===8.9匝

次級(jí)匝數(shù)計(jì)算時(shí)取輸出電壓最大值Uomax=16V。次級(jí)電路采用全波整流，Us為次級(jí)繞組上的感應(yīng)電壓，Uo為輸出電壓，Uf為整流二極管壓降，取1V。Uz為濾波電感等線路壓降，取0.3V，則Us===19.22VN2=×N1=×8.9=1.8匝

為了便于變壓器繞制，次級(jí)繞組取為2匝，則初級(jí)繞組校正為：N1=×N2=10匝