【工程师6】+实践类+80W电源设计

期待楼主上线路图。

好，上传线路图如下：

/upload/community/2019/11/13/1573655392-18495.pdf

详细设计：

该电源是一款低电压交流输入，输出为80W  POE通信电源，带有主动PFC功能。无风扇并安装在客户一个完成密封的系统外壳内。

电源单体要求通过CB/CE等认证。

列出本产品所涉及的单元电路清单：（如下所示）

1)      主电路采用双管正激电路

2)      PFC电路采用CCM模式

3)      输出整流电路采用最简单的二极管整流

4)      管理电路采用运放及比较器做一些保护功能

5)      EMI电路采用两级EMI电路

辅助VCC采用FAIRCHILD 的FSL306LRN。

1.    主电路详细设计方案：

此POE电源特点：30VAC-95VAC输入，24V与12V是输出共地。24V保护时，12V要输出正常，但12V保护时，24V也要关闭。

主电路的电路设计：器件选用上遵守选用成熟IC方案原则，采用独立芯片FAN4800AUM控制，

它是一个PFC+PWM的联合IC，PFC为CCM模式，变压器直接两路输出，但24V加一个开关MOS做独立保护控制。

技术指标：

1. Normal input(PFC output)：105Vdc

2.Vout/Iout: +12V/4.2A

3.Vout_ripple:≤120mV

4. Vout/Iout: +24V/1.25A

5.Vout_ripple:≤240mV

6.η≥0.83

7.Vout Regulation：≤±5%

8.Operating Ambient Temperature :75℃

1.    输出整流电路详细设计方案

           由于两组电压输出，一组24V输出功率30W/1.25A，另一组12V输出功率50W/4.2A，输出电流都不大，采用同步整流对效率改善不大。所以都采用肖特基二极管的普通整流，这种二极管整流具有高可靠性，成本低，没有技术上的风险。效率要求不高的电源即可符合。

    2.管理电路详细设计方案

规格要求：OCP/short circuit  自恢复

OVP  打嗝

AC BROWOUT 

OTP自恢复

24V OCP/ short circuit, 需在二次侧加电流sense 电阻来采样输出电流, 经运算放大器放大此电流信号后,再经比较器，去关掉MOS，从而关闭输出. OVP 是用电阻分压器检测输出电压,经比较器并通过光耦隔离再经比较器，去关掉MOS,从而关闭输出.

OTP和BROWOUT功能在一次侧加比较器即可实现.

所有保护都用简单的运放及比较器即可实现, 电路成熟可靠,成本低,没有技术难点.

3.    EMI电路详细设计方案

EMI规格要求:CLASS B 传导6DB余量,辐射带系统测试6DB余量的要求

采用两级EMI电路设计,传导即可符合要求.

辐射配套的测试系统, 由于是完全密封的外壳, 预计辐射容易达标.  

电子详细设计详如下:

PFC部分:

PFC电路基本参数如表一所示：

电路基本参数

由此可以计算（选30Vac计算）

30V输入电流有效值=4A       考虑过功率，正激输入用110W计算

所以，采用下面以30VAC为条件计算PFC各参数

最小工作开关频率：70KHz

确定磁芯

根据最小磁心的Ap值：

磁芯不需加挡墙和内部胶带，窗口利用率高，可选取0.7

因PFC是高频大电流工作，需考虑用直径0.1mm或0.15mm多股线绕制，能承受高电流密度，SPEC要求环境温度75度正常工作，故选j=7A/ mm2

SPEC要求板面最大高度为25mm,所以选用PQ2620铁氧体磁芯，Ae=118mm2，窗口面积Aw=47.7mm2，

其AeAw值为5628mm４>3326mm4，可满足要求.

确定匝数

根据磁芯不饱和条件。

实际选取22T

计算电感的电流有效值。

 因电流是4A。

假设用0.1*80股线绕制，

0.05*0.05*3.14*80*7=4.4A, 大于4A的电感有效电流值。符合要求。

根据计算，参数如下

0.1*80*22T

考虑过功率因素L=130UH

此电感量比计算的值要小，匝数多4T，它的输出功率比现在所要求的大，理论上损耗也大一点。

太长，没看完，但对楼主赞赏楼主的分享

75度环境温度，还是很高的。很严酷。

保护功能还是挺全的。应该可靠性不错。

计算出来是18TS,为什么选用22TS,依据是什么？

24V保护时，12V要输出正常，但12V保护时，24V也要关闭。要求好特别。

有实际样品出来吗？PCB布局拿出来晒一晒。

同问，为什么选用22TS,依据是什么？

这应该是实际工作需要。

18TS是最少圈数，选用22TS是为了公司物料共用而已。

12V/24V电源部分设计：

一． 设计规格

1． 输入电压：105VDC

2．输出电压：Vout1=12V    Vout2=24V

3．输出电流：Iout1=4.2A    Iout2=1.25A

4．最在输出功率：Pout=80W 

5．设满载效率约: 83%  则满载输入约为：Pin=96W

另SPEC要求：PCB板面元器件最大高度为：30mm。

线路的确定

因输出功率只有80W，采用双管正激结构，芯片选用FAN4800，工作频率设65KHZ，完全满足设计要求。

（因FAN4800在其它机种上大量使用，方便采购，所以选取此芯片）

变压器的计算

确定变压器的尺寸和材质：

 

Km为窗口利用率取0.45,  (变压器内部取消一个屏蔽铜泊,所以Km可以取大一点)

J为电流密度，取6A/mm^2  设频率65K

要符合最大高度30mm的要求：选ER28磁芯完符合要求,，其Ae＝82mm2 Aw＝71mm2

 ＡｅＡｗ＝5822mm4＞3901mm4

辅助电源功率多少？

要求有点严格。

不错，计算很详细。

这样的考虑是很合理的。

期待继续。

匝数的确定

因输出功率不大，只有80W，有PFC输出105VDC，没有保持时间要求，

所以选临界点占空比D=0.35  满足不饱和条件设deta B=0.30

计算变压器二次侧匝数Ns：

一次侧与二次侧匝比

Np=Ns*n=24   考虑变压器绕法，选Np=26  匝比为：3.25

24V绕组取16T

3．先估计算MOSFET的Vds电压是否符合要求。

因为是双管正激，有二极管钳位，所以MOS的VDS电压约为输入电压1.2倍,再考虑雷击要求,选取300V的MOS管完全能符合derating要求.

4．估算输出二极管的耐压

设Ｖinmax=150V

Vout二极管耐压=Ｖinmax/n*=46.1V (Vl反向尖峰电压5V)

同样要求要求90% derating，所以输出二极管选取用耐压大于51.1/0.9=57.78V即可。

在此可选60V肖特基。

5.计算线径：工作在105VDC临界点时初级电流有效值

 

m：并联根数； Dr：线径；J：电流密度

初级线径：Ｄrp =0.533mm,选>0.55mm的线

次级线径：12V:Ｄrs=0.45mm＊6  24V: Ｄrs=0.7mm＊1

（电流密度取6-8A/mm2

6．实际绕制变压器

ER28骨架为减小漏感，选用三明治绕法.一次侧采用三层绝缘导线绕制.

LAYOUT看起来很整齐，持续关注。

这应该是一款特殊定制电源。

样品什么时候出来？