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单片开关电源设计要点及电子数据表格

时间:03-09 来源:互联网 点击:

定义的。若芯片工作在比较高的温度下,其额定值应减小10%,因此通常取初级峰值电流IP=0.9ILIMIT(min)。这表明在选择芯片时,可先将IP除以0.9,转换成ILIMIT(min)值,从有关参数表中查出符合上述要求且与该数值最为接近的TOPSwitch芯片。

在PO确定之后,采用连续模式能降低IP,允许使用功率较小的芯片。若要减小磁芯及高频变压器的尺寸,应适当增加初级脉动电流IR与峰值电流IP的比值KRP。KRP的取值范围是0~1.0。KRP愈大,磁芯尺寸愈小,其代价是需采用输出功率较大的芯片。另外,增大KRP值还意味着开关电源要向不连续模式过渡,此时初级电感量LP↓,IP↑,IRMS↑,导致η↓。因此,在选择KRP值时应权衡利弊,要在减小磁芯尺寸与保证尽量高的效率这二者之间,确定最优设计方案。

2电子数据表格的结构

在用计算机设计单片开关电源时,需借助于电子数据表格才能完成。这种表格的内容以高频变压器设计为主,其它外围电路及关键元器件参数计算为辅。单路输出式开关电源的电子数据表格共分6列。A列代表输入和输出的参数。B列中是由用户输入的数据。C列为计算过程中保留的数据,这些数据可作为中间变量,在前、后设计步骤中交叉使用。D列为计算结果。E列给出的是单位(SI制)。F列是对参数的说明。

举例说明:由TOP222Y构成的7.5V、15W单片开关电源模块,其交流输入电压范围是85V~265V,电压调整率SV=±0.5%(85V~265V),负载调整率SI=±1%(负载电流从满载的10%变化到100%),输出纹波电压最大值为±50mV。表1给出该模块所对应的电子数据表格,可供读者在设计开关电源时参考。需要指出,在设计和使用电子表格时,还可根据实际电路的要求,适当增加一些参数。例如在第16行下面插入TOPSwitch的极限电流最大值ILIMIT(max)参数,并注明由此选定的芯片型号,作为新的17行,原17行就改为18行,依次顺延。表中预留出的空行也是专为插入新参数而设置的。

表1设计7.5V、15W开关电源用的电子数据表格

 ABCDEF
1输入中间过程输出单位参数说明
2参数数据保留数据计算结果 7.5V、15W开关电源
3umin85  V交流输入电压最小值
4umax265  V交流输入电压最大值
5fL50  Hz电网频率
6f100  kHz开关频率
7UO7.5  V直流输出电压
8PO15  W输出功率
9η80  %电源效率
10Z0.5   损耗分配系数
11UFB10.4  V反馈电压
12tc3.2  ms整流桥响应时间
13CIN33  μF输入滤波电容
14      
15输入TOPSwitch的变量 
16UOR85  V初级绕组的感应电压
17UDS(ON)10  VTOPSwitch的漏-源导通电压
续表
18UF10.4V次级肖特基整流管正向压降
19UF20.7V反馈电路中高速开关整流管正向压降
20KRP0.92%初级脉动电流IR与峰值电流IP的比例系数
21
22输入高频变压器的结构参数
23EE22铁氧体磁芯型号
24SJ0.41cm2磁芯有效横截面积
25l3.96cm有效磁路长度
26AL2.4μH/匝磁芯不留间隙时的等效电感
27b8.43mm骨架宽度
28M0mm安全边距(安全边界宽度)
29d2层初级绕组层数
30NS5匝次级匝数
31
32直流输入电压参数
33UImin93V直流输入电压最小值
34UImax375V直流输入电压最大值
35
36初级电流波形参数
37Dmax51%最大占空比(对应于umin时)
38IVAG0.20A输入电流的平均值
39IP0.74A初级峰值电流
40IR0.68A初级脉动电流
41IRMS0.32A初级有效值电流
42
43变压器初级设计参数
44LP623μH初级电感量
45NP54匝初级绕组匝数
46NF7匝反馈绕组线数
47ALG0.215μH/匝磁芯留间隙后的等效电感
48BM0.2085T最大磁通密度(BM=0.2~0.3T)
49BAC0.0959T磁芯损耗交流磁通密度(峰卜逯×0.5)
50μ1845磁芯无气隙时的相对磁导率
51δ0.22mm磁芯的气隙宽度(δ≥0.051mm)
52α16.85mm有效骨架宽度
53DPM0.31mm初级导线的最大外径(带绝缘层)
54e0.05mm估计的绝缘层总厚度(厚度×2)
55DPm0.26mm初级导线的裸线直径
56公制线径0.280mm初级导线规格
57SP0.0516mm2初级导线的横截面积
58J0.67A/mm2电流密度J=(4~10A)/mm2
59
60变压器次级设计参数
61ISP7.95A次级峰值电流
62ISRMS3.36A次级有效值电流
63IO2.00A直流输出电流
64IRI2.70A输出滤波电容上的纹波电流
65
66SSmin0.546mm2次级线圈最小横截面积
67公制线径0.900mm次级导线规格
68DSm0.91mm次级导线最小直径(裸线)
69DSM1.69mm次级导线最大直径(带绝缘层)
70NSS0.39mm次级绝缘最大厚度
71
72电压极限参数
73UDmax573V最高漏极电压估算值(包括漏感的作用)
74U(BR)S42V次级整流管最高反向峰值电压
75U(BR)FB59V反馈电路整流管的最高反向峰值电压

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