0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

宽范围输入隔离开关电源的应用设计

话说科技 来源: 李鸿洋 作者: 李鸿洋 2022-03-24 15:11 次阅读

设计开关电源很多人觉得很难,其实不然。设计一款开关电源并不难,难就难在做精,等你真正入门了,积累一定的经验,再采用分立的结构进行设计就简单多了。本文将讲解如何一步一步设计开关电源。

开关电源设计的第一步就是看规格,具体的很多人都有接触过,今天我给大家简单讲下设计一款宽范围输入的隔离开关电源。

1、首先确定功率,根据具体要求来选择相应的拓扑结构

这样的一个开关电源一般选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。在这里我会选择用公式来计算,有需要分析的,可以拿出来再讨论。

2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计

当我们确定用flyback拓扑进行设计以后,我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。无论是选择采用分立式还是集成的设计,对里面的计算我都会进行分解。

分立式:PWMIC与MOS是分开的,这种优点是功率可以自由搭配,缺点是设计和调试的周期会变长。

集成式:PWMIC与MOS集成在一个封装里,省去设计者很多的计算和调试分步,适合于刚入门或快速开发的环境。

3、做原理图

确定所选择的芯片以后,开始做原理图(sch)。

设计前最好都先看一下相应的datasheet,确认一下简单的参数。无论是选用PI的集成、384x或OBLD等分立的设计,你都需要参考一下datasheet。一般datasheet里都会附有简单的电路原理图,这些原理图是我们的设计依据。

4、确定相应的参数

当我们将原理图完成以后,需要确定相应的参数才能进入下一步PCB Layout。当然不同的公司各有不同的流程,我们需要遵守相应的流程,养成一个良好的设计习惯。这一步可能会有初步评估、原理图确认,签核完毕后就可以进行计算了。

C7x2pzqZ100043938-73453-1.png

开关电源原理图

5、确定开关频率,选择磁芯确定变压器

芯片的频率可以通过外部的RC来设定,工作频率就等于开关频率,这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源,也可以采取外同步功能。

一般AC-DC的变换器,工作频率不宜设成超过100kHz,主要是开关电源的频率过高以后,不利于系统的稳定性,更不利于EMC的通过性。频率太高,相应的di/dtdv/dt都会增加,除PI的132kHz工作频率之外,大家可以多参考其它家的芯片,就会总结自己的经验出来。

对于磁芯的选择,关键是在开关频率和功率的基础,更多的是经验选取。当然计算的话,你需要得到更多的磁芯参数,包括磁材、居里温度和频率特性等等,这个是需要慢慢建立的。

6、设计变压器进行计算

我们根据输入/输出、开关频率和所选磁芯参数,同时设置好效率、最大占空比、磁感应强度变化等参数,就可以进入下一步计算,得出功率、平均及峰值电压电流、匝数和电感量。这里的输入峰值电流,大约是输入平均电流的4倍,这是个经验,也可以根据下图来推导,很简单的。

TqgObsrM100043938-73454-2.png

峰值电流与平均电流的关系

确认匝数以后,直接确定漆包线的粗细,不需要去进行复杂的计算。

线径与常规电阻一样,都是有定值的,记住几种常用的定值线径就可以。这里,原边电流比较小,可以直接选用φ0.25一股。辅助绕组φ0.25一股。主输出绕组φ0.4或0.5三股,不用选择更粗的,否则绕制起来,漆包线的硬度会使操作工人很难绕。

很多人在这一步“计算”过了以后,还会做返回计算,以验证变压器的窗口面积。个人认为返回验证是多余的,因为绕制不下的话,打样的变压器厂也会反馈给你,而你验证通过的,在实际中也不一定会通过;毕竟与实际绕制过程中的熟练度,及稀疏还是有很大关系的。

再下一步,需要确定输入输出的电容的大小,就可以进行布局和布板了。

7、输入输出电解电容计算

这里按照上步计算的输入功率和输出电流,最终确定电解电容的规格,根据应用环境选取频率和阻抗,电容Cin理论选值越大,对后级越好,但从成本考虑却不会无限制选取大容量。

基本上到这里,PCB上需要外形确定的器件已经完成,即PCB封装完成;下一步就可通过原理图(sch)定义好器件封装。

8、PCB Layout

上面已经确定变压器,原理图,以及电解电容,接下都是标准件了。

由sch生成网络表,在PCBfile里定义好板边然后加载相应的封装库以后,可以直接导入网络表,进行布局;因为这个板相对比较简单,也可以直接布板,但导入网络表是一个非常好的设计习惯。

PCB layout重点不是怎么连线,最重要的是如何布局;一般来说布局OK的话,画板就轻松多了。

在布局与布板方面:

1)RCD吸收部分与变压器形成的环面积应尽量小;这样可以减小相应的辐射和传导。

2)地线应尽量的短和宽大,保证相应的零电平有利于基准的稳定。

3)在di/dtdv/dt变化比较大的地方,尽量减小环路和加宽走线,降低不必要的电感特性。

bGJ21yA3100043938-73456-3.png

Y1GKHUz2100043938-73457-4.png

PCB布局图

9、确定部分参数

我们前几步已经计算了变压器。PCB Layout完成以后,就可以确定变压器的同名端,完整地定义变压器,并发出去打样或自己绕制。

10、调试过程

完成了以上部分,基本上一个电源算是设计完成,后面的就是焊板调试过程。

调试所需要的简单设备:调压器,示波器万用表;辅助设备:功率计,LCR电桥和电子负载。

焊完板以后,进行静态检查,如果有LCR电桥的话,可以先测一下变压器同名端,电感量等参数以后再焊接。

静态检查:主要看有没有虚焊,连锡等;静态测试以后,可以用万用表测一下输入、输出是否处于短路状态;剩下就可以进行加电测试了。

841UNuLT100043938-73458-5.png

电子元器件安装完成

其实开关电源入门很简单,最好的入门是选用单片的结构,毕竟省去了启动电阻,电流检测电阻,MOS及驱动,保护电路等各种不确定因素的问题。等你真正入门了,积累一定的经验,再采用分立的结构进行设计就简单多了,凡事先易后难才有进步。

开关电源是一切电子设备的心脏,哪里有电器哪里就有“开关电源”,在硬件行业中有着非常重要的地位。

审核编辑:郭婷

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 开关电源
    +关注

    关注

    6439

    文章

    8261

    浏览量

    479730
  • emc
    emc
    +关注

    关注

    168

    文章

    3846

    浏览量

    182673
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    高压隔离开关型号表示方法如何

    高压隔离开关是电力系统中用于隔离高压电路的一种重要设备。其型号表示方法对于用户选择和使用高压隔离开关具有重要意义。 一、高压隔离开关的基本组成 高压
    的头像 发表于 08-20 16:48 432次阅读

    高压隔离开关的用途和使用要求

    高压隔离开关是电力系统中一种非常重要的设备,它主要用于在高压电路中实现设备的隔离和接通。 高压隔离开关的用途 设备隔离 :在电力系统中,为了确保设备的安全检修或更换,需要将设备与
    的头像 发表于 08-20 16:05 600次阅读

    隔离开关的主要作用和特点是什么

    隔离开关是一种用于电力系统中的开关设备,其主要作用是隔离电源,以确保设备和人员的安全。以下是隔离开关的主要作用和特点的分析:
    的头像 发表于 08-20 15:40 950次阅读

    隔离开关与空气开关的区别有哪些

    电源开关设备,其主要作用是在电路中形成明显的断开点,以确保电路的安全性。隔离开关通常用于高压电力系统中,如变电站、配电室等,用于在检修、维护或故障处理时切断电源,防止电气设备受到损害
    的头像 发表于 07-19 10:23 2346次阅读

    隔离开关的作用是什么,应当在哪些地方设置隔离开关?

    隔离开关是一种用于切断电路电源的设备,能够确保电气设备达到安全隔离的状态。它的作用是在维修、检修或紧急情况下切断电源,以确保操作人员的安全和设备的正常运行。
    的头像 发表于 02-18 13:41 3309次阅读

    隔离开关的作用 隔离开关和空气开关的区别

    电路与电源之间的连接,从而确保电路处于断开状态,防止电流的传输和漏电造成人身伤害和财产损失。 维护和修理: 隔离开关在维护、修理和更换设备时,可以切断电源供应,使电气设备处于可安全操作的状态,避免电流流入导致事故的
    的头像 发表于 02-14 14:58 5172次阅读

    熔断式隔离开关是什么?熔断器式隔离开关隔离开关熔断器组的区别

    熔断式隔离开关是什么?熔断器式隔离开关隔离开关熔断器组的区别  熔断式隔离开关是一种常见的电气设备,用于切断电路和隔离电器设备。它能够在紧
    的头像 发表于 02-06 10:08 3935次阅读

    隔离开关是指承担和断开电流任务的什么

    隔离开关是一种用于承担和断开电流任务的电器设备。它被广泛应用于电力系统和电气设备中,用于控制电路的通断、隔离及安全保护。 隔离开关的作用是将电气设备或电路与电源完全分离,使设备彻底断电
    的头像 发表于 02-05 15:22 6332次阅读

    隔离开关与空气开关怎么区分

    是一种用于分离和隔离电气设备的开关装置。它主要用于电力系统中对通电设备进行切断电源、检修和维护时,确保操作人员的安全。隔离开关具有标准化、可靠性强和灵活操作等特点。 功能
    的头像 发表于 01-17 10:01 3205次阅读

    隔离开关和断路器符号是什么

    ),又称为刀开关或刀割开关,是用来切断电气设备与电源之间的连接,以实现电气设备的安全维护和部分电路的隔离。 符号 隔离开关的符号是一个显示开
    的头像 发表于 01-15 09:36 5933次阅读

    如何实现电源适配器的范围电压输入

    如何实现电源适配器的范围电压输入? 标题:实现电源适配器的
    的头像 发表于 11-23 15:33 1301次阅读

    范围电压输入电源适配器有哪些优点?

    范围电压输入电源适配器有哪些优点? 范围电压输入
    的头像 发表于 11-23 14:51 1167次阅读

    隔离和不带隔离开关电源的区别

    隔离和不带隔离开关电源的区别 带隔离和不带隔离开关电源是两种不同的
    的头像 发表于 11-17 12:31 1710次阅读

    开关电源设计案例(一)

    开关器件对输入的电压脉冲调制,就可以实现升压,降压的电压调换。它的优点就是电压输入范围,转换范围
    的头像 发表于 11-06 17:19 918次阅读
    <b class='flag-5'>开关电源</b>设计案例(一)

    开关电源设计案例(二)

    开关器件对输入的电压脉冲调制,就可以实现升压,降压的电压调换。它的优点就是电压输入范围,转换范围
    的头像 发表于 11-06 17:17 564次阅读
    <b class='flag-5'>开关电源</b>设计案例(二)