【后奕DIY】 用一款后奕MOS管设计一个双管正激式360W的开关电源。
1、方案名称
360W双管正激式开关电源。
2、简介、设计思路
电源拓扑采用双管正激式，输入交流电压范围：176~264Vac，额定电压220Vac。输出直流电压和电流DC:24V/15A。
电路有输出过压保护，过流保护，短路保护；输入有电流，电压保护，防雷击等。温度控制保护等；采用半灌胶散热的防雨电源，用在LED驱动的开关电源，恒压输出。
3、需要的后羿器件名称及每种样品的大致用途
其中双管正激的MOS管选择后羿HY65R201两个。用在拓扑电路的开关管。
大家好：
首先感谢电源网给我们电源工程师的这个平台，可以交流和互相学习电源知识，后羿半导体的DIY有奖活动，在此进一步学习双管正激式开关电源，与大家一起分享。纯属本人原创，有不妥之处请大家多多指点，谢谢！
开关电源的设计
一．开关电源的组成
1 输入回路：输入电压，输入电流保护，输入电压保护，浪涌雷击保护，EMC滤波电路，整流滤波电路等。
2 变换电路：即拓扑结构（变压器的初级），开关管（MOS管）等。
3 输出回路：变压器的次级，输出整流滤波电路等。
4 控制回路：PWM输出，反馈电路，输出过压保护电路等。
5 其他电路：辅助电源，启动电路，温控电路等。
二． 开关电源的框图
三． 拓扑结构（双管正激式）
工作原理： 双管正激式的特点：Q1，Q2两个开关管同时导通，同时截止。
1 当Q1，Q2两个开关管同时导通时，电压VIN+的电流通过Q1，变压器T1的初级（上正下负），Q2，EC1形成回路；此时变压器的T1的次级的同名端（上正下负）通过D3，L1，EC2形成回路即向L1充电，L1电感（左正右负）L1存储能量，并向负载通过提供输出电压Vo+，而二极管D1，D2，D4反偏截止；
2 当Q1，Q2两个开关管同时截止，由于电感的特性：电感电流不能突变。同时电感产生感生电动势（下正上负），感生电动势通过D1，EC1，D2形成回路，并向EC1充电，此时变压器的T1的次级的同名端（下正上负），二极管D3反偏截止；由于电感L1的电流不能突变的特性，L1产生感生电动势（右正左负），感生电动势的电流通过L1，EC2，D4形成回路，D4称为续流二极管，L1称为储能电感，此时并向负载通过提供输出电压Vo+。
四． 360W双管正激式开关电源的原理图，PCB，BOM清单
1 原理图SCH
2 PCB
3 BOM清单
下次和大家一起学习，360W双管正激式开关电源的设计和计算。
今天和大家一起学习变压器和电感的计算，有不妥之处，多多指点，谢谢。
五．360W双管正激式开关电源的设计和计算
1 变压器的计算
1） 输入电压：设输入电压为220VAC±20％，即176~264VAC。
为了提高输入电压范围， 令ACmin=170VAC，则UBUSmin=170*√2-30=210VDC
设电压纹波为30VDC。
2) 输出参数： 输出电压Vo=24V，输出电流Io=15A，输出功率Po=360W。
设效率η=88％，可计算输入功率Pi=Po/η=360/0.88=409W。
3） 工作条件： 设工作频率f=80KHz，则周期T=1/f=1/80KHz=12.5us，
设最大占空比Dmax=0.4， 开通时间Ton=D*T=0.4*12.5=5us，
关断时间Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。
4） 磁芯AP值计算 （材质为PC40）
AP(T℃)=[(Po*10^4)/(η*Ku*Kp* T℃*ΔB*2*f)]^1.143 （cm^4）
设Po=360W，η=88％，f=80KHz，ΔB=0.15。
Kt=0.71，Ku=0.45，Kp=0.6。
T 25℃=395，T 30℃=450，T 40℃=468，T 50℃=569。
AP(T50) =[(360*10^40)/(0.88*0.71*0.45*0.6*569*0.15*2*80000)]^1.143
=(360/230.37)^1.143=1.56^1.143=1.66 cm^4
查表：Ae=196mm^2 ， Aw=220mm^2，AP=4.3cm^4。 选PQ35/35磁芯
5) 初级线圈匝数：Np=(UBUSmin*Ton)/( ΔB*Ae)
=(210*5)/(0.15*196)=1050/29=36.2
取36匝
6）初级线圈线径：IPmax=(Pi+Po)/UBUSmin
=(409+360)/210=769/210=3.66A
电流有效值：Irms=Ip*√Dmax
=3.66*√0.4=3.66*0.63=2.3A
由面积公式S=π*r^2， 直径φ=2*r， 由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2
初级线径φ=2*√[Irms/(J*π)]
=2*√[2.3/(5*3.14)]=2*√2.3/15.7=2*√0.15=2*0.39=0.78mm
使用直径0.2mm的线4股并绕
7）次级线圈匝数： 设工作在连续模式
设Us为次级电压，Ud为二极管端电压 等于0.7V
由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)
Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V
次级线圈匝数Ns=(Us*Np)/UBUSmin
=(60.7*36)/210=2185.2/210=10.4
取10匝
8）次级线圈线径：
电流有效值：Isrms=Io*√Dmax
=15*√0.4 =15*0.63=9.5A
由面积公式S=π*r^2， 直径φ=2*r， 由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2
次级线径φ=2*√[Isrms/(J*π)]
=2*√[9.5/(5*3.14)]=2*√(9.5/15.7)=2*√0.61=2*0.78=1.56mm
使用直径0.2mm的线8股并绕
9) 初次级匝比：n=Np/Ns
=36/10=3.6
取n=4
2 输出电感的计算
1） 电感量L的计算
设最大占空比Dmax=0.4， 开通时间Ton=D*T=0.4*12.5=5us。
截止时间Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。
设Us为次级电压，Ud为二极管端电压 等于0.7V
由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)
Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V
ΔI=0.125*Io
= 0.125*15=1.88
两种计算方法： 导通时L=(Us-Uo)*Ton/ΔI
截止时L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI
导通时L=(Us-Uo)*Ton/ΔI
=(60.7-24)*5/1.88=36.7*5/1.88=183.5/1.88=97.6 uH
截止时L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI
=(24+0.7)*7.5/1.88=24.7*7.5/1.88=185.25/1.88=98.5 uH
两种计算的误差不大。
2） 环形程序选择
选择L=97.6uH， 由Llo=Io=15A
磁芯存储的直流能量 L*Io^2=97.6*10^(-6)*15^2=97.6*10^(-6)*225=0.021960 mAH^2
查得 Ue,Al的值
3） 计算匝数
由L=Al*N^2 得
N=√（L/Al）
=√(97.6*1000)/Al
4) 空载和直流点磁导率的调整
H=(Ilo*N)/l l为平均磁路长度
l=2*π*[(r外径-r内径)/2+r内径]
所以 H=(Ilo*N)/l=
5) 电感线径的计算
Ismax=Io+ΔI
=15+1.88=16.8 A
Isrms= Ismax*√Dmax
=16.8*√0.4=16.8*0.63=10.58 A
电感线径φ=2*√[Isrms/(J*π)]
=2*√[10.58/(5*3.14)]=2*√(10.58/15.7)=2*√0.66=2*0.82=1.64mm
使用直径0.2mm的线8股并绕
6） 输出电容的计算
1电容量
ΔV=0.03V （表示电容最小，ESR引起的纹波不小于0.03V）
T=12.5us ΔI=1.88A
由公式 ΔV=(ΔI*T)/(8*Cmin)
得 Cmin=(ΔI*T)/(8*ΔV)
=(1.88*12.5)/(8*0.03)=23.5/0.24=97.9 Uf
2 ESR电阻
Resr理论=ΔV/ΔI
=0.03/1.88=0.016 R
设 f=120Hz，C=2200uF，D=0.053
ty^(-1)=2*π*f *C*Resr
Resr=
电容并联的个数n=Resr/Resr理论
7） BUS 电容容量的计算
Po=360W， η=88℅, Pi=409W
交流电压最小时，BUS电容一次灌能量为：
Ebus1次=Cbus*Ubusmin^2/2
交流电压一个周期，灌2次能量为：
Ebus1次=2*CBUS*Ubusmin^2/2=Cbus*Ubusmin^2
BUS电容传输的功率为：
Pbus= Cbus*Ubusmin^2*60=Pin
得Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)
当 ACmin=170VAC，则UBUSmin type=170*√2-30=210VDC
Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)
=409/210^2*60=409/44100*60=409/2646000=409/2.646uF=154.6uF
选取150uF
最后就是找元件，焊接板子，调试测试电路。
