电源高手制作简单的反激电源(图解、超详细) - 全文

　　先看看供应商送的外壳样品,有好几个抽屉,应该是积累了多年的结果!

　　挑了个小的,测了下三围,长约83.5毫米

　　宽约42毫米,

　　高约30.5毫米

　　全景加上内部图:

　　外壳厚2.5-2.6毫米,两侧面长75毫米,去除厚度,PCB的两边不会超过70毫米,假设锡点高2毫米,PCB厚1.6毫米,元件的高度要限制在22毫米左右,由于外壳的弧形结构,四周的元件要矮一点.

　　算下体积,做个反激24W左右的电源应该可以,就按12V2A做吧.

　　接着应该定个方案了,先选IC,反激这一块可选的IC真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用OB2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....

　　接下来就按OB2263设计电路图.....

　　完成的原理图,是按OB的典型应用设计的,

　　电脑上没有PDF生成软件,只好截图....

　　下面是各部分,输入滤波/整流

　　PWM及VCC供电部分:

　　输出和电压取样部分:

　　先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:

　　重传下这部分电路,方便观看

　　由于PCB的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24W,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85V,加上只有电容滤波,PF值约0.5,那么输入电流有效值约为

　　IAC=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85A;

　　由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1A以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2A250V的值.

　　输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,X电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,R1,R2为放电电阻,要求断开电源1秒后X电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5M以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.

　　接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个KBP206.

　　共模电感也是按经验用的,40W以下一般是UU9.8,这颗料常见成本也低,考虑到X电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.

　　电解电容也是按2微法/W的经验值取,这里用47微法.

　　C1,C7是小容量贴片高压电容,如果做EMI的话可以按需要取舍.

　　接下来说说PWM部分,原理图如下:

　　R3,R4,E2组成IC的启动电源,基本上按厂家给的数据赋值,实际上这个回路是有算法的,要求IC输出一个驱动信号之后电容上的电压不能低于IC的关闭电压值.

　　插个不是题外的题外话:据我所知,有几家电源厂考试时会考到这个问题,就是问应试者怎么取启动电源的元件数值,也不知道是哪个厂家开始搞的.这个对基础知道要求还是挺严的,包含了IC,电容,电阻的基本知识,如耐压,漏电流等等.

　　IC第一脚接地,是输入/输出信号和电源的公用端;2脚反馈,外接光电耦合器的集电极,并一个用于滤除高频信号的小容量电容;3脚外接电阻到地可以改变IC的工作频率,这里取推荐值100K;4脚电流感应信号输入端,内部已经有延时,小功率应该时一般不用再外加RC延时;5脚为IC的供电端;6脚驱动信号输出,外接的R6,R7,D5可以改变驱动信号对MOS输入电容的充放电速度,进而对开关波形的上升下降沿作调整,有利于EMI整改,R8主要作用是泄放MOS栅-源间积累的电荷,一般取值几K到40-50K,按经验用10K.

　　C6也用于改善开关波形,一般100P以下常用,做EMI时按需取舍,先留个位置.

　　CY1是安规电容,由于漏电流的规定,取值不大于103,算法比较麻烦,可以按经验取值,具体可以在EMI整改时调整.

　　D6,C5,R12,R13是MOS的吸收回路,要保证MOS不会因为变压器感应的反射电压和漏感造成的尖峰击穿.同时它们也会引起损耗,因此取值时得有个折衷.

　　R9,R10,R11用于将开关电流转换成电压,具体的取值要看变压器设计了.

　　最后说下输出和电压取样反馈部分,电路原理图如下:

　　D7是整流管,一般情况下,参数要求正向电流大于等于3倍输出电流,具体算法不再说明;反向耐压大于(初级最高电压除以初次级匝数比+输出电压),并留有一定余量.按经验这里用100V的管子就行,因体积较小,设定电流10A,可以减少发热量.

　　R15,C4是整流管的吸收回路,对整流管的电压波形起调整作用,并防止过高的尖锋电压损坏整流管;对EMI整改有用.

　　R16,R21是假负载,对电源轻载时的稳定性有作用,并不一定用到,先留位置.

　　E3,E4,E5是储能电容,可以说输出部分的能量都要由它们提供,对它们的要求是内阻越小越好,能承受的纹波电流越大越好;

　　R17,R18,R19为电阻分压取样网络,通过调整它们的值可以确定输出电压,这里输出电压约为基准电压*(R19/(R18//R17)),图中用431作基准,基准电压约为2.495V,算出来输出电压约为12.3V.

　　R20为光耦限流电阻,C3是431本身的一个反馈网络,为简单化,只用了一个105的电容.

　　完成的PCB文件:

　　用了立式EE25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;DS吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,MOS和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.

　　面积受限,将Y电容骑到光耦上面;

　　前面开槽用于焊接AC线,后面的方便放置线卡.

　　同时生成DXF文件,用于绘制散热片.

　　用CAD做的散热器图纸:

　　2毫米厚,铝制.

　　其实在布板之前已经对变压器进行选取，个人习惯按AP法选用磁芯，由于整机高度和PCB面积限制，只能选小一点的，相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点，决定以断续模式计算磁芯。

　　AP值的公式：

　　AP=Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?]

　　其中Pt=Po+Po/ ?

　　Pt：视在功率，单位W;

　　Po：变压器的输出功率，单位W;

　　? ：变压器的效率，小功率一般选0.9-0.95，选0.92;

　　ko：窗口的铜填充系数，一般选0.3-0.5,这里考虑到安规，会用三层绝缘线做次级，用0.3;

　　kc：磁芯填充系数，对于铁氧体=1;

　　fosc：磁芯工作频率,单位HZ;

　　j：电流密度，一般取j=5A/mm2

　　Bm：变压器工作磁通，单位高斯

　　AP值的单位，CM的4次方.

　　这里的变压器输出电压约(12.3V+0.6V)，0.6V是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4A(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31W.

　　工作于断续模式,BM取2000高斯,得到AP值为0.18。

　　接下来计算变压器，过程大抵如下：

　　1，计算输入最小交流对应的直流电压：

　　设最低输入电压85V，容性负载时电容上的电压约为输入交流值的1.2倍，约为102Vdc;

　　2，确定频率和最大占空比，占空比大变压器利用率高，次级感应的电压低，可以用耐压低的整流二极管，但初级开关管的峰值电压高，所以有时得折衷选择.

　　这里设频率为65KHZ,占空比为0.4,由这两个算出开关管最大开通时间为6.15微秒;

　　3，由最大占空比算出匝比N：

　　N=(最低输入电压*最大占空比)/(输出电压+整流二极管正向电压降)/(1-最大占空比)，

　　N=(102*0.4)/(12+0.6)/(1-0.4)=5.397

　　由N可以得出反射电压Vor=(输出电压+整流二极管正向压降)*N,

　　代入上式结果,得到Vor=68V;

　　4，确定变压器最大输入峰值电流：

　　IPK=2*变压器输出功率/(变压器效率*最低输入直流电压*最大占空比)

　　=2*(12+0.6)*2/(0.92*102*0.4)

　　=1.3427(A)

　　5,算出变压器初级电感LP:

　　LP=(最低输入电压*最大开通时间)/峰值电流,

　　LP=(102*6.15)/1.3427

　　=467(uH)

　　取470微亨

　　6，算出初级匝数NP：

　　NP=(初级电感量*初级电流峰值)/(磁芯截面积*工作磁通)

　　计算AP值时已经取工作磁通2000高斯，EE25的磁芯截面积为40平方毫米，这里如果电感量用微亨的话，工作磁通应该用特斯拉，2000高斯=0.2特斯拉.

　　NP=(470*1.3427)/(40*0.2)

　　=78.9，取79匝;

　　7，由匝比算出次级匝数NS=79/5.397=14.6，取15匝;

　　8，设OB2263工作时供电电压为18V，则供电绕组匝数=18/(12+0.6)*15，约等于21匝.

　　接下来按电流容量取线径，算窗口填充系数，我初级线径取0.35*1根，次级用二根0.5的三层绝缘线，供电绕组用0.2漆包线*1根.

　　查了下它们的数据，0.2的线最大外径为0.27，0.35的线最大外径0.42，0.5的三层绝缘线为0.8，线包总的截面积为

　　3.14*(0.27*0.27*1*21+0.42*0.42*1*79+0.8*0.8*2*15)/4=27.2平方毫米，

　　EE25的AW为78.2，则填充系数=27.2/78.2，约为0.35，可以装得下.

　　得知PCB下午应该能到，变压器还没来，先手工绕个，次级没用三层绝缘线，只用了0.65的漆包线一根，样子有点丑，因为没找到合适的胶带，自己裁的.....

　　看起来还有好多绕线空间....

　　可以的，不过板已经发出打样，现在的PCB却改成这样了：

　　整体没什么变化，400V电解电容阳极处的跳线J1取消了，要加工一下电解电容才好插件.

　　基本完成插件作业...先上个图

　　继续进行中，上几张....

　　这是来的散热器...

　　穿上硅胶套管做绝缘....

　　打上管子，没找到新的塑封10100，只能用旧的了...

　　另一面.....

　　装起来就这个样子，大电解用的是16*26的;

　　焊上引线，接底壳...

　　测试中，变压器也到了，干嘛不早点到呢...

　　上测试图。。。。。

　　先说下改动了哪儿，有DIY的朋友注意了。

　　1，光耦的限流电阻改4.7K;

　　2，输出端的E5由8*14改8*12，220微法，原因是高了不好装壳。

　　3，输出加了假负载3K，1206的。

　　4，散热器二极管处斜剪掉2*2的一个三角，原因同上条。

　　5，MOS吸收回路的C5改222/1KV贴片。

　　先上空载：

　　机子测试中。。。。。

　　MOS的波形：

　　满载波形230V：

　　满载120VAC，没60HZ的AC源，测试50HZ的：

　　电压还低一点就变这样：

　　只测满载，如有DIY的朋友自己测试其他的负载，还是手工做的那变压器，全50HZ频率下测量的;

　　效果有点不如意，朋友们自己可以在变压器上改良一下：

　　230V时

　　120V时

　　100V时