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【原创】精确计算开关电源-最优化开关电源设计大揭秘

逆向思维设计开关电源,采用与一般教科书相反的设计思路,重要的是思想。

模块化设计开关电源,全方位精确计算主电路模块、控制电路模块、环路模块、EMI模块。

以反激为例,采用mathcad软件全面精确计算,如何最优化设计之?

 

环路部分请参看下帖:

【我是工程师】精确计算开关电源-环路是如何计算出来的?

http://www.dianyuan.com/bbs/1508321.html

全部回复(1429)
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2014-05-04 11:58
@新月GG
主电路分2部分:1、AC-DC整流部分,即输入交流电压Ui-母线电压Ug部分;2、DC-DC部分,即母线电压Ug-输出电压Uo部分。

AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。

这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。

这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:

1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);

2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

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2014-05-01 15:24

首先计算主电路参数:

根据电源指标:

1、输入电压:Ui=90-264V

2、输入频率:fi=50Hz

3、输出电压:Uo=24V, 8V

4、输出电流:Io=3.5A, 1.2A

计算:

1、输出电阻:Ro=Uo/Io

2、输出功率:Po=Uo*Io

假定效率η=85%,计算:

3、输入功率:Pi=Po/η

采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:

 

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2014-05-01 11:29
支持!支持!跟着学习!最好推导公式要详细
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2014-05-01 14:51

你是喜欢花较多时间坐在电脑前设计开关电源参数,然后仅仅花少量时间坐在实验桌前调试开关电源?

还是喜欢反之?

相信更多人喜欢前者,我也是如此。

其实90%的电源设计都可以在电脑前完成,而在实验桌前需要完成的只是仅占10%的电源设计。

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2014-05-01 14:57

接下来将以一款反激电源为例,揭示如果精确计算开关电源的每一个器件参数,以及如何最优化设计开关电源。

将要设计的电源指标为:

输入:交流90-264V,50Hz

输出:24V3.5A,8V1.2A

以下分别计算主电路、控制电路、环路、EMI,以确定所有器件参数。

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hugan
LV.6
7
2014-05-01 20:00
@新月GG
首先计算主电路参数:根据电源指标:1、输入电压:Ui=90-264V2、输入频率:fi=50Hz3、输出电压:Uo=24V,8V4、输出电流:Io=3.5A,1.2A计算:1、输出电阻:Ro=Uo/Io2、输出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,计算:3、输入功率:Pi=Po/η采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:[图片] 

顶起,期待后续佳作。

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zhenxiang
LV.10
8
2014-05-01 21:06
@hugan
顶起,期待后续佳作。
顶 新月哥哥 精确的去计算然后按照计算的方向去调试这才是电源设计的正确流程。期待后面对控制环路的计算。
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2014-05-02 07:36
@新月GG
首先计算主电路参数:根据电源指标:1、输入电压:Ui=90-264V2、输入频率:fi=50Hz3、输出电压:Uo=24V,8V4、输出电流:Io=3.5A,1.2A计算:1、输出电阻:Ro=Uo/Io2、输出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,计算:3、输入功率:Pi=Po/η采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:[图片] 
顶!月哥一定要坚持下去'这个东西很棒的!期待环路!
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418624722
LV.3
10
2014-05-02 09:05
顶一个
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sweeter
LV.3
11
2014-05-02 19:08
变压器和环路的优化设计应该是难点,期待更新。
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SKY丶辉煌
LV.10
12
2014-05-02 20:15
@sweeter
变压器和环路的优化设计应该是难点,期待更新。
我想从正面来个~月哥让不?我把我的正面设计过程贴出来了?就怕给你刷屏了,哈哈
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阿sheng
LV.4
13
2014-05-02 23:01
@SKY丶辉煌
我想从正面来个~月哥让不?我把我的正面设计过程贴出来了?就怕给你刷屏了,哈哈

顶,讲完了吗?

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SKY丶辉煌
LV.10
14
2014-05-03 08:33
@阿sheng
顶,讲完了吗?
没有呢吧,月哥说了,我们的支持和回复就是他最大的动力,大家一定要看帖必回帖~
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nyh20028319
LV.5
15
2014-05-03 15:28

新月GG有没有mathcad软件安装程序?

 

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周燚
LV.2
16
2014-05-03 15:37
继续啊,看到一半呢,你这个软件哪里可以下载的
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2014-05-03 15:38
@nyh20028319
新月GG有没有mathcad软件安装程序? 

网上应该下的到吧,用百度搜下先。

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2014-05-03 15:41
@周燚
继续啊,看到一半呢,你这个软件哪里可以下载的

才刚起个头,没到一半。

明天继续,今天51假期休息下。望理解。

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SKY丶辉煌
LV.10
19
2014-05-03 15:56
@新月GG
才刚起个头,没到一半。明天继续,今天51假期休息下。望理解。
偷懒
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bft4444
LV.1
20
2014-05-04 11:16
@新月GG
首先计算主电路参数:根据电源指标:1、输入电压:Ui=90-264V2、输入频率:fi=50Hz3、输出电压:Uo=24V,8V4、输出电流:Io=3.5A,1.2A计算:1、输出电阻:Ro=Uo/Io2、输出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,计算:3、输入功率:Pi=Po/η采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:[图片] 
期待更新。
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2014-05-04 11:30
@新月GG
首先计算主电路参数:根据电源指标:1、输入电压:Ui=90-264V2、输入频率:fi=50Hz3、输出电压:Uo=24V,8V4、输出电流:Io=3.5A,1.2A计算:1、输出电阻:Ro=Uo/Io2、输出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,计算:3、输入功率:Pi=Po/η采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:[图片] 

主电路分2部分:

1、AC-DC整流部分,即输入交流电压Ui-母线电压Ug部分;

2、DC-DC部分,即母线电压Ug-输出电压Uo部分。

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zhangxin1
LV.3
22
2014-05-04 11:47
@SKY丶辉煌
偷懒[图片]

先顶一下,期待后续更精彩

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2014-05-04 14:02
@新月GG
AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:[图片]1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

具体计算过程如下:

1、假定C的容值;

2、计算由导通区转为截至区的时刻t0(即输入电流=0A的时刻)与此时刻的ug(ug0),根据方程:ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug=0A;

3、计算截至区的时间△t=t1-t0与t1时刻的ug(ug1),根据方程:

0.5*C*(ug1^2-ug0^2)=Pi*△t;其中ug1=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t1);

4、根据母线波谷电压ug1与纹波电压△ug=2^0.5*Ui-ug1,判断所选C是否合适。

示意波形图如下,示意波形图取自saber软件:

 

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2014-05-04 14:21
@新月GG
AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:[图片]1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

以上计算的mathcad计算过程如下图所示:

 

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2014-05-04 14:35
@新月GG
具体计算过程如下:1、假定C的容值;2、计算由导通区转为截至区的时刻t0(即输入电流=0A的时刻)与此时刻的ug(ug0),根据方程:ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug=0A;3、计算截至区的时间△t=t1-t0与t1时刻的ug(ug1),根据方程:0.5*C*(ug1^2-ug0^2)=Pi*△t;其中ug1=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t1);4、根据母线波谷电压ug1与纹波电压△ug=2^0.5*Ui-ug1,判断所选C是否合适。示意波形图如下,示意波形图取自saber软件:[图片] 

母线波谷电压ug1过小,会导致占空比变化过大,使电源无法正常工作。

母线纹波电压△ug过大,会导致输出电压纹波过大。

而反之,则需要使用更大容量的电解电容,导致电源成本上升。

综上,需要折衷考虑。

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2014-05-04 14:37
@新月GG
AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:[图片]1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

如果将容值Cp改变,mathcad会自动计算,所得结果△ug可能就过大而不合适,或过小而造成浪费。

比如改小CP=100uF如下图,可以看到ug1=49V太小而不合适。

 

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2014-05-04 15:25
@新月GG
AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:[图片]1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

将导通区与截至区的电压波形统一,即得到mathcad如下图形。

并且计算了一个工频周期里的平均值,作为后续计算损耗的计算值。

 

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2014-05-04 15:29
@新月GG
AC-DC部分:首先要确定母线电解电容的容值。这个怎么选?有些人会根据经验选择输出功率的3倍作为容值,比如输出30W,就选100uF的电容(30*3=90uF)。这样选择,误差较大,而且仅适合全输入电压范围的电源,如果不是全输入电压范围,就无参考意义。这里根据等效原理图来计算如何选择,如下图:[图片]1、整流桥导通区:当输入电流大于0A时,即ii>0A时,输入电压源通过D1、D2(负半周为D3、D4)给电容C充电,同时给恒功率负载供电,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流桥截至区:当输入电压的绝对值小于母线电压时,即|ui|

并根据母线电压波形,计算输入电流ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug;

作为后续输入保险等的选择依据。

 

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2014-05-04 16:49
@新月GG
首先计算主电路参数:根据电源指标:1、输入电压:Ui=90-264V2、输入频率:fi=50Hz3、输出电压:Uo=24V,8V4、输出电流:Io=3.5A,1.2A计算:1、输出电阻:Ro=Uo/Io2、输出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,计算:3、输入功率:Pi=Po/η采用mathcad软件可自动计算,将繁琐的计算任务交给电脑处理,则以上计算如下图所示:[图片] 
不错很好的
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2014-05-04 17:06
顶起~~~~占座学习 哈哈哈
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2014-05-04 17:08
@zhangxin1
先顶一下,期待后续更精彩
原来设计思路,重要的是思想。。张姿势了
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