干货 | 高频电路不稳定?教你从零实战小功率开关电源设计

电子工程世界 2021-07-11 07:30
▲ 更多精彩内容 请点击上方蓝字关注我们吧!

本章节以实用小型电源的设计为例,说明电源设计的方法。控制电路形式为它激式,采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出,对磁性材料的选择和参数设计的要求也会越苛刻。另外,高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中,选定工作频率为85 kHz。


01
电源设计指标


小型电源输入、 输出参数如下:

输入电压:AC 110/220 V;

输入电压变动范围:90~240 V;

输入频率:50/60 Hz;

输出电压:12 V;

输出电流:2.5 A。


02
电路结构的选择

小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路,使电源结构简单,工作可靠,成本低。与单端反激式电路相比,单端正激式电路开关电流小,输出纹波小,更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关电源的主电路如图6-1所示。


图6-1 单端正激式开关电源的主电路


单端正激式开关电源加有磁通复位电路,以释放励磁电路的能量。在图6-1中,开关管VT导通时V1导通,副边线圈N2向负载供电,V4截止,反馈电线圈N3的电流为零;VT关断时V1截止,V4导通,N3经电容C1滤波后向UC3842⑦脚供电,同时原边线圈N1上产生的感应电动势使V3导通并加在RC吸收回路。由于变压器中的磁场能量可通过N3泄放,而不像一般的RC D磁通复位电路消耗在电阻上,因此可达到减少发热,提高效率的目的。


03
元件设计


1) 变压器和输出电感的设计
依据UC3842应用方式,选定定时电阻RT=1.8 kΩ,定时电容CT=10 μF。确定开关频率f=85 kHz,周期T=11.8 μs。

设计单端控制开关电源时,一般占空比D最大不超过0.5,这里选择D=0.5,则:


根据电源规格、输出功率、开关频率选择PQ26/25磁芯,磁芯截面积S=1.13 cm2,磁路有效长度l=6.4 cm,饱和磁通密度BS=0.4 T。取变压器最大工作磁感应强度Bmax = BS/3≈0.133 T,则电感系数A为:


变压器原边线圈匝数N1为:


式中,Ui为最小直流输入电压。


交流输入电压的最小值约为90 V, Ui=90× ≈127 V,得出N1=49.9匝,取50匝。原边线圈电感L=AN12=11.1 mH。


副边线圈匝数为:


式中,UDF为整流二极管V1上的压降;UL为输出电感L上的压降。


取UDF+UL=0.7 V,代入式(6-4),得N2=10匝。副边线圈电感:



开关管断开时,N1两端将会产生感应电动势,为了保证开关管正常工作,将感应电动势限制到e=300V。反馈电线圈向UC3842提供U=12V的工作电压,按电容C1上的电压UC=16V计算,以保证有足够的供电电压给UC3842。由N3=(UC/e)N1可得N3=2.67匝,取3匝。


变压器副边电流为矩形波,其有效值为:



导线电流密度取4 A/mm2,所需绕组导线截面积为1.77/4≈0.44 mm2。同样可选择原边绕组导线,原边电流有效值为:



所需绕组导线截面积为0.354/4=0.0885mm2,选用截面积为0.096 21mm2的导线(∅0.41 mm)。取输出电感的电流变化量ΔIL=0.2Io=0.5A,则输出电感为:



式中, U2为副边线圈最小电压。计算得:




取UDF=0.5 V,Uo=3 V,代入式(6-8)可得L=140 μH。根据输出电感上的电流IL=Io,所需绕组导线截面积应为2.5/4=0.625 mm2,故选择截面积为0.6362 mm2导线(∅0.96 mm)。


2) 开关管、整流二极管和续流二极管的选择


由于开关管断开时原边线圈N1两端的感应电动势限制到eL≈300 V,交流输入电压经全波整流、电容滤波后,直流输入电压的最大值。



所以整流二极管所承受的最高反向电压为:



续流二极管所承受的最高反向电压为:



流过整流二极管和续流二极管的最大电流为:



得ID=2.75 A。根据以上计算选择肖特基半桥MBR25120CT,平均整流电流为25 A,反向峰值电压为120 V。开关管选用MOSFET 2SK793,漏源击穿电压为900 V,最大漏极电流为3 A。


3) 反馈电路的设计


电流反馈电路采用电流互感器,通过检测开关管上的电流作为采样电流,原理如图6-2 所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈两路,R2上的电压反映电流瞬时值。开关管上的电流变化会使UR2变化,UR2接入UC3842的保护输入端③脚,当UR2=1 V时,UC3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节R1、 R2的分压比可改变开关管的限流值,实现电流瞬时值的逐周期比较,属于限流式保护。输出脉冲关断,实现对电流平均值的保护,属于截流式保护。


两种过流保护互为补充,使电源更为安全可靠。采用电流互感器采样,使控制电路与主电路隔离,同时与电阻采样相比降低了功耗,有利于提高整个电源的效率。


图6-2 电流反馈电路


电压反馈电路如图6-3所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到UC3842的①脚,调节R1、 R2的分压比可设定和调节输出电压,达到较高的稳压精度。如果输出电压Uo升高,则集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流增大,使光电耦合器输出的三极管电流增大,即UC3842①脚对地的分流变大,UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压Uo减小。同样, 如果输出电压Uo减小,则可通过反馈调节使之升高。


图6-3 电压反馈电路


4) 保护电路的设计


图6-4所示为变压器过热保护电路,NTC为测变压器温度的一个负温度系数的热敏电阻。由NTC、 R2、 运放A1构成滞环比较器。在正常工作时,变压器温度正常,NTC的阻值较大,运放A1两输入端电压U+<U-,输出为零;当变压器异常,温度上升到设定值时,运放A1输出高电平,并送到PWM控制芯片使输出脉冲关断。 图6-5所示为输出过电压保护电路。稳压管VS的击穿电压稍大于输出电压额定值,输出正常时,VS不导通,晶闸管V的门极电压为零,不导通。当输出过压时,VS击穿,V受触发导通,使光电耦合器输出三极管电流增大,通过UC3842控制开关管关断。


图6-4 变压器过热保护电路


图6-5 输出过电压保护电路


图6-6所示为空载保护电路。为了防止变压器绕组上的电压过高,同时也为了使电源从空载到满载的负载效应较小,开关稳压电源的输出端不允许开路。在图6-6中,R2、 R3给运放同相输入端提供固定的电压U+。R8为取样负载电流的分流器,当外电路未接负载RL时,R8上无电流,运放的反相输入端电压U=0 V,因而U+>U-,运放的输出电压较高,使三极管VT饱和导通,将电源内部的假负载R7自动接入。当电源接入负载RL时,R8上的压降使U->U+,运放的输出电压为零,VT截止,将R7断开。


图6-6 空载保护电路


5) 输入滤波电路的设计


输入滤波电路具有双向隔离作用,可抑制从交流电网输入的干扰信号,同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。图6-7所示滤波电路是一种复合式EMI滤波器,L1、L2和C1构成第一级滤波,共模电感L3和电容C2、C3构成第二级滤波。C1用于滤除差模干扰,选用高频特性较好的薄膜电容。电阻R给电容提供放电回路,避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。C2、C3跨接在输出端,能有效地抑制共模干扰。为了减小漏电流,C2、C3宜选用陶瓷电容器。


图6-7 输入滤波电路


04
测试


在输入电压为220V的条件下,输入功率是脉冲序列,周期为10ms,即每半个工频周期电源输入端通过整流桥为输入平滑滤波电容充一次电。在各种不同的负载状况下,当输入电压从90V变化到250V时,相应的输出电压的测试结果如表6-1所示。


实测各种负载状况下的效率如表6-2所示。通过实际应用,电源满足了设计要求。




免责声明:本文系网络转载,版权归原作者所有。如本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请在文末留言告知,我们将在第一时间处理!本文内容为原作者观点,并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。


推荐阅读
邀请函:EEWorld 十五周年嘉年华系列活动开启,点此参与!

干货 | MOS管的三个级怎么判定?

干货 | 数字电路最常见的17个问题总结

干货|掌握这些技巧,让你轻松操作DC-DC电路

众号内回复您想搜索的任意内容,如问题关键字、技术名词、bug代码等,就能轻松获得与之相关的专业技术内容反馈。快去试试吧!

由于微信公众号近期改变了推送规则,如果您想经常看到我们的文章,可以在每次阅读后,在页面下方点一个「赞」或「在看」,这样每次推送的文章才会第一时间出现在您的订阅列表里。

或将我们的公众号设为星标。进入公众号主页后点击右上角「三个小点」,点击「设为星标」,我们公众号名称旁边就会出现一个黄色的五角星(Android 和 iOS 用户操作相同)。


聚焦行业热点, 了解最新前沿
敬请长按二维码,关注EEWorld电子头条
即时参与讨论电子工程世界最火话题,
抢先知晓电子工程业界最新资讯
欢迎长按二维码关注:
EEWorld订阅号:电子工程世界
EEWorld服务号:电子工程世界福利社
电子工程世界 关注EEWORLD电子工程世界,即时参与讨论电子工程世界最火话题,抢先知晓电子工程业界资讯。
评论
  • 智能汽车可替换LED前照灯控制运行的原理涉及多个方面,包括自适应前照灯系统(AFS)的工作原理、传感器的应用、步进电机的控制以及模糊控制策略等。当下时代的智能汽车灯光控制系统通过车载网关控制单元集中控制,表现特殊点的有特斯拉,仅通过前车身控制器,整个系统就包括了灯光旋转开关、车灯变光开关、左LED前照灯总成、右LED前照灯总成、转向柱电子控制单元、CAN数据总线接口、组合仪表控制单元、车载网关控制单元等器件。变光开关、转向开关和辅助操作系统一般连为一体,开关之间通过内部线束和转向柱装置连接为多,
    lauguo2013 2024-12-10 15:53 81浏览
  • 时源芯微——RE超标整机定位与解决详细流程一、 初步测量与问题确认使用专业的电磁辐射测量设备,对整机的辐射发射进行精确测量。确认是否存在RE超标问题,并记录超标频段和幅度。二、电缆检查与处理若存在信号电缆:步骤一:拔掉所有信号电缆,仅保留电源线,再次测量整机的辐射发射。若测量合格:判定问题出在信号电缆上,可能是电缆的共模电流导致。逐一连接信号电缆,每次连接后测量,定位具体哪根电缆或接口导致超标。对问题电缆进行处理,如加共模扼流圈、滤波器,或优化电缆布局和屏蔽。重新连接所有电缆,再次测量
    时源芯微 2024-12-11 17:11 73浏览
  • 【萤火工场CEM5826-M11测评】OLED显示雷达数据本文结合之前关于串口打印雷达监测数据的研究,进一步扩展至 OLED 屏幕显示。该项目整体分为两部分: 一、框架显示; 二、数据采集与填充显示。为了减小 MCU 负担,采用 局部刷新 的方案。1. 显示框架所需库函数 Wire.h 、Adafruit_GFX.h 、Adafruit_SSD1306.h . 代码#include #include #include #include "logo_128x64.h"#include "logo_
    无垠的广袤 2024-12-10 14:03 69浏览
  • 概述 通过前面的研究学习,已经可以在CycloneVGX器件中成功实现完整的TDC(或者说完整的TDL,即延时线),测试结果也比较满足,解决了超大BIN尺寸以及大量0尺寸BIN的问题,但是还是存在一些之前系列器件还未遇到的问题,这些问题将在本文中进行详细描述介绍。 在五代Cyclone器件内部系统时钟受限的情况下,意味着大量逻辑资源将被浪费在于实现较大长度的TDL上面。是否可以找到方法可以对此前TDL的长度进行优化呢?本文还将探讨这个问题。TDC前段BIN颗粒堵塞问题分析 将延时链在逻辑中实现后
    coyoo 2024-12-10 13:28 101浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-10 16:13 105浏览
  • 近日,搭载紫光展锐W517芯片平台的INMO GO2由影目科技正式推出。作为全球首款专为商务场景设计的智能翻译眼镜,INMO GO2 以“快、准、稳”三大核心优势,突破传统翻译产品局限,为全球商务人士带来高效、自然、稳定的跨语言交流体验。 INMO GO2内置的W517芯片,是紫光展锐4G旗舰级智能穿戴平台,采用四核处理器,具有高性能、低功耗的优势,内置超微高集成技术,采用先进工艺,计算能力相比同档位竞品提升4倍,强大的性能提供更加多样化的应用场景。【视频见P盘链接】 依托“
    紫光展锐 2024-12-11 11:50 47浏览
  • RK3506 是瑞芯微推出的MPU产品,芯片制程为22nm,定位于轻量级、低成本解决方案。该MPU具有低功耗、外设接口丰富、实时性高的特点,适合用多种工商业场景。本文将基于RK3506的设计特点,为大家分析其应用场景。RK3506核心板主要分为三个型号,各型号间的区别如下图:​图 1  RK3506核心板处理器型号场景1:显示HMIRK3506核心板显示接口支持RGB、MIPI、QSPI输出,且支持2D图形加速,轻松运行QT、LVGL等GUI,最快3S内开
    万象奥科 2024-12-11 15:42 68浏览
  • 全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)宣布与Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(以下简称“台积公司”)就车载氮化镓功率器件的开发和量产事宜建立战略合作伙伴关系。通过该合作关系,双方将致力于将罗姆的氮化镓器件开发技术与台积公司业界先进的GaN-on-Silicon工艺技术优势结合起来,满足市场对高耐压和高频特性优异的功率元器件日益增长的需求。氮化镓功率器件目前主要被用于AC适配器和服务器电源等消费电子和
    电子资讯报 2024-12-10 17:09 84浏览
  • 天问Block和Mixly是两个不同的编程工具,分别在单片机开发和教育编程领域有各自的应用。以下是对它们的详细比较: 基本定义 天问Block:天问Block是一个基于区块链技术的数字身份验证和数据交换平台。它的目标是为用户提供一个安全、去中心化、可信任的数字身份验证和数据交换解决方案。 Mixly:Mixly是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室开发的图形化编程软件,旨在为初学者提供一个易于学习和使用的Arduino编程环境。 主要功能 天问Block:支持STC全系列8位单片机,32位
    丙丁先生 2024-12-11 13:15 49浏览
  • 我的一台很多年前人家不要了的九十年代SONY台式组合音响,接手时只有CD功能不行了,因为不需要,也就没修,只使用收音机、磁带机和外接信号功能就够了。最近五年在外地,就断电闲置,没使用了。今年9月回到家里,就一个劲儿地忙着收拾家当,忙了一个多月,太多事啦!修了电气,清理了闲置不用了的电器和电子,就是一个劲儿地扔扔扔!几十年的“工匠式”收留收藏,只能断舍离,拆解不过来的了。一天,忽然感觉室内有股臭味,用鼻子的嗅觉功能朝着臭味重的方向寻找,觉得应该就是这台组合音响?怎么会呢?这无机物的东西不会腐臭吧?
    自做自受 2024-12-10 16:34 136浏览
  • 一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会(SAE,Society of Automotive Engineers)定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议,主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN(Controller Area Network)总线技术,使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧,CAN通信速率为250Kbps,用于车载电子控制单元(ECU)之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
    北汇信息 2024-12-11 15:45 77浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦