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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初级绕组层数
30NS5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初级绕组匝数
46NF7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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