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    案例頻道

    開關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟
    • 企業(yè):控制網(wǎng)     領(lǐng)域:變頻器與軟啟動(dòng)器     行業(yè):安防    
    • 點(diǎn)擊數(shù):1199     發(fā)布時(shí)間:2008-07-23 10:18:45
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        步驟1 確定開關(guān)電源的基本參數(shù)
    ① 交流輸入電壓最小值umin
    ② 交流輸入電壓最大值umax
    ③ 電網(wǎng)頻率Fl  開關(guān)頻率f
    ④ 輸出電壓VO(V):已知
    ⑤ 輸出功率PO(W):已知
    ⑥ 電源效率η:一般取80%
    ⑦ 損耗分配系數(shù)Z:Z表示次級(jí)損耗與總損耗的比值,Z=0表示全部損耗發(fā)生在初級(jí),Z=1表示發(fā)生在次級(jí)。一般取Z=0.5
    步驟2 根據(jù)輸出要求,選擇反饋電路的類型以及反饋電壓VFB
    步驟3 根據(jù)u,PO值確定輸入濾波電容CIN、直流輸入電壓最小值VImin
    ① 令整流橋的響應(yīng)時(shí)間tc=3ms
    ② 根據(jù)u,查處CIN值
    ③ 得到Vimin
    確定CIN,VImin值
    u(V) PO(W) 比例系數(shù)(μF/W) CIN(μF) VImin(V)
    固定輸入:100/115 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90
    通用輸入:85~265 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90
    固定輸入:230±35 已知 1 PO ≥240








    步驟4 根據(jù)u,確定VOR、VB
    ① 根據(jù)u由表查出VOR、VB值
    ② 由VB值來(lái)選擇TVS
    u(V) 初級(jí)感應(yīng)電壓VOR(V) 鉗位二極管              反向擊穿電壓VB(V)

    固定輸入:100/115 60 90
    通用輸入:85~265 135 200
    固定輸入:230±35 135 200







    步驟5 根據(jù)Vimin和VOR來(lái)確定最大占空比Dmax

                    
    ① 設(shè)定MOSFET的導(dǎo)通電壓VDS(ON)
    ② 應(yīng)在u=umin時(shí)確定Dmax值,Dmax隨u升高而減小
    步驟6 確定初級(jí)紋波電流IR與初級(jí)峰值電流IP的比值KRP,KRP=IR/IP
    u(V) KRP
    最小值(連續(xù)模式) 最大值(不連續(xù)模式)
    固定輸入:100/115 0.4 1
    通用輸入:85~265 0.4 1
    固定輸入:230±35 0.6 1
    步驟7 確定初級(jí)波形的參數(shù)
    ① 輸入電流的平均值IAVG

    ② 初級(jí)峰值電流IP

    ③ 初級(jí)脈動(dòng)電流IR
    ④ 初級(jí)有效值電流IRMS

    步驟8 根據(jù)電子數(shù)據(jù)表和所需IP值 選擇TOPSwitch芯片
    ① 考慮電流熱效應(yīng)會(huì)使25℃下定義的極限電流降低10%,所選芯片的極限電流最小值ILIMIT(min)應(yīng)滿足:0.9 ILIMIT(min)≥IP
    步驟9和10 計(jì)算芯片結(jié)溫Tj
    ① 按下式結(jié)算:
    Tj=[I2RMS×RDS(ON)+1/2×CXT×(VImax+VOR) 2 f ]×Rθ+25℃
    式中CXT是漏極電路結(jié)點(diǎn)的等效電容,即高頻變壓器初級(jí)繞組分布電容
    ② 如果Tj>100℃,應(yīng)選功率較大的芯片
    步驟11 驗(yàn)算IP  IP=0.9ILIMIT(min)
    ① 輸入新的KRP且從最小值開始迭代,直到KRP=1
    ② 檢查IP值是否符合要求
    ③ 迭代KRP=1或IP=0.9ILIMIT(min)
      步驟12 計(jì)算高頻變壓器初級(jí)電感量LP,LP單位為μH
                    
    步驟13 選擇變壓器所使用的磁芯和骨架,查出以下參數(shù):
    ① 磁芯有效橫截面積Sj(cm2),即有效磁通面積。
    ② 磁芯的有效磁路長(zhǎng)度l(cm)
    ③ 磁芯在不留間隙時(shí)與匝數(shù)相關(guān)的等效電感AL(μH/匝2)
    ④ 骨架寬帶b(mm)
    步驟14 為初級(jí)層數(shù)d和次級(jí)繞組匝數(shù)Ns賦值
    ① 開始時(shí)取d=2(在整個(gè)迭代中使1≤d≤2)
    ② 取Ns=1(100V/115V交流輸入),或Ns=0.6(220V或?qū)挿秶涣鬏斎?
    ③ Ns=0.6×(VO+VF1)
    ④ 在使用公式計(jì)算時(shí)可能需要迭代
      步驟15 計(jì)算初級(jí)繞組匝數(shù)Np和反饋繞組匝數(shù)NF
    ① 設(shè)定輸出整流管正向壓降VF1
    ② 設(shè)定反饋電路整流管正向壓降VF2
    ③ 計(jì)算NP
                        
    ④ 計(jì)算NF
                        
      步驟16~步驟22 設(shè)定最大磁通密度BM、初級(jí)繞組電流密度J、磁芯的氣隙寬度δ,進(jìn)行迭代。
    ① 設(shè)置安全邊距M,在230V交流輸入或?qū)挿秶斎霑r(shí)M=3mm,在110V/115V交流輸入時(shí)M=1.5mm。使用三重絕緣線時(shí)M=0
    ② 最大磁通密度BM=0.2~0.3T
              
       若BM>0.3T,需增加磁芯的橫截面積或增加初級(jí)匝數(shù)NP,使BM在0.2~0.3T范圍之內(nèi)。如BM<0.2T,就應(yīng)選擇尺寸較小的磁芯或減小NP值。
    ③ 磁芯氣隙寬度δ≥0.051mm
    δ=40πSJ(NP2/1000LP-1/1000AL)
            要求δ≥0.051mm,若小于此值,需增大磁芯尺寸或增加NP值。
    ④ 初級(jí)繞組的電流密度J=(4~10)A/mm2

    若J>10A/mm2,應(yīng)選較粗的導(dǎo)線并配以較大尺寸的磁芯和骨架,使J<10A/mm2。若J<4A/mm2,宜選較細(xì)的導(dǎo)線和較小的磁芯骨架,使J>4A/mm2;也可適當(dāng)增加NP的匝數(shù)。
    ⑤ 確定初級(jí)繞組最小直徑(裸線)DPm(mm)
    ⑥ 確定初級(jí)繞組最大外徑(帶絕緣層)DPM(mm)
    ⑦ 根據(jù)初級(jí)層數(shù)d、骨架寬帶b和安全邊距M計(jì)算有效骨架寬帶be(mm)
                    be=d(b-2M)
    然后計(jì)算初級(jí)導(dǎo)線外徑(帶絕緣層)DPM:DPM=be/NP
    步驟23 確定次級(jí)參數(shù)ISP、ISRMS、IRI、DSM、DSm
    ① 次級(jí)峰值電流ISP(A)
    ISP=IP×(NP/NS)
         ② 次級(jí)有效值電流ISRMS(A)
                          
         ③ 輸出濾波電容上的紋波電流IRI(A)
                    
    ⑤ 次級(jí)導(dǎo)線最小直徑(裸線)DSm(mm)
                      
    ⑥ 次級(jí)導(dǎo)線最大外徑(帶絕緣層)DSM(mm)
                      
    步驟24 確定V(BR)S、V(BR)FB
    ① 次級(jí)整流管最大反向峰值電壓V(BR)S
    V(BR)S=VO+VImax×NS/NP
    ② 反饋級(jí)整流管最大反向峰值電壓V(BR)FB
    V(BR)FB=VFB+ VImax×NF/NP
       步驟25 選擇鉗位二極管和阻塞二極管
    步驟26 選擇輸出整流管
    步驟27 利用步驟23得到的IRI,選擇輸出濾波電容COUT
    ① 濾波電容COUT在105℃、100KHZ時(shí)的紋波電流應(yīng)≥IRI
    ② 要選擇等效串連電阻r0很低的電解電容
    ③ 為減少大電流輸出時(shí)的紋波電流IRI,可將幾只濾波電容并聯(lián)使用,以降低電容的r0值和等效電感L0
    ④ COUT的容量與最大輸出電流IOM有關(guān)
       步驟28~29 當(dāng)輸出端的紋波電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí),應(yīng)再增加一級(jí)LC濾波器
    ① 濾波電感L=2.2~4.7μH。當(dāng)IOM<1A時(shí)可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠;大電流時(shí)應(yīng)選用磁環(huán)繞制成的扼流圈。
    ② 為減小L上的壓降,宜選較大的濾波電感或增大線徑。通常L=3.3μH
    ③ 濾波電容C取120μF /35V,要求r0很小
         步驟30 選擇反饋電路中的整流管
        步驟31 選擇反饋濾波電容
                 反饋濾波電容應(yīng)取0.1μF /50V陶瓷電容器
         步驟32 選擇控制端電容及串連電阻
                 控制端電容一般取47μF /10V,采用普通電解電容即可。與之相串連的電阻可選6.2Ω、1/4W,在不連續(xù)模式下可省掉此電阻。
          步驟33選定反饋電路
          步驟34選擇輸入整流橋
              ① 整流橋的反向擊穿電壓VBR≥1.25√2  umax
    ③ 設(shè)輸入有效值電流為IRMS,整流橋額定有效值電流為IBR,使IBR≥2IRMS。計(jì)算IRMS公式如下:
                                
       cosθ為開關(guān)電源功率因數(shù),一般為0.5~0.7,可取cosθ=0.5
      步驟35 設(shè)計(jì)完畢
    在所有的相關(guān)參數(shù)中,只有3個(gè)參數(shù)需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行檢查并核對(duì)是否在允許的范圍之內(nèi)。它們是最大磁通密度BM(要求BM=0.2T~0.3T)、磁芯的氣隙寬度δ(要求δ≥0.051mm)、初級(jí)電流密度J(規(guī)定J=4~10A/mm2)。這3個(gè)參數(shù)在設(shè)計(jì)的每一步都要檢查,確保其在允許的范圍之內(nèi)。

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