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【后奕DIY】 用一款后奕HYMOS管设计一个双管正激式360W的开关电源。
阅读: 785 |  回复: 4 楼层直达

2017/11/23 11:05:27
1
jixiongliang19750816
电源币:0 | 积分:4 主题帖:6 | 回复帖:4
LV2
班长

【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。




2017/12/15 20:03:53
2
jixiongliang19750816
电源币:0 | 积分:4 主题帖:6 | 回复帖:4
LV2
班长

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:Q1Q2两个开关管同时导通,同时截止。

1         Q1Q2两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),Q2EC1形成回路;此时变压器的T1的次级的同名端(上正下负)通过D3L1EC2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D1D2D4反偏截止;

2         Q1Q2两个开关管同时截止,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D1EC1D2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L1EC2D4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,PCBBOM清单

 

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。

2017/12/21 21:40:48
3
jixiongliang19750816
电源币:0 | 积分:4 主题帖:6 | 回复帖:4
LV2
班长

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

   Po=360W,η=88%,f=80KHz,ΔB=0.15

      Kt=0.71Ku=0.45Kp=0.6

T 25=395T 30=450T 40=468T 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^2AP=4.3cm^4。    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

             36

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

    Us为次级电压,Ud为二极管端电压 等于0.7V

     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 

                10

 

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

Us为次级电压,Ud为二极管端电压 等于0.7V

     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       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^

查得 Ue,Al的值

3)  计算匝数

L=Al*N^2  

  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)

         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=120HzC=2200uFD=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)

 

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。

2017/12/28 16:52:26
4
lihui710884923
电源币:425 | 积分:3 主题帖:131 | 回复帖:388
LV8
师长
这个计算怪蛮烦的
2018/04/14 15:46:48
5
寸草生
电源币:2 | 积分:0 主题帖:15 | 回复帖:141
LV5
营长
楼主辛苦了
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