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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

  • 2014-05-01 01:27
  • 新月GG

    LV.2
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  • 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

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • 新月GG

    LV.0

    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:

    未命名

     

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  • 新月GG

    LV.0

    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:

    rectifier

    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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  • 老梁头

    LV.1

    2014-05-04 19:19

    @电源网-源源

    顶起~~~~占座学习 哈哈哈
    学习下新月版主的帖子
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  • guang卢

    LV.1

    2014-05-04 20:22

    @

    如果不用软件,手动算岂不是很悲催!月哥强大!!
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  • xufunengg

    LV.1

    2014-05-04 21:05

    @新月GG

    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。

    无标题

     

    新月版主能否发上传MATHCAD资料了,共享下。
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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 08:43

    @guang卢

    如果不用软件,手动算岂不是很悲催!月哥强大!!

    有软件为啥不利用?现在已经不是原始社会了。

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 08:44

    @老梁头

    学习下新月版主的帖子
    欢迎梁版前来指点。
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  • zhang_min9861

    LV.1

    2014-05-05 09:02

    @

    其实我真想说,这本应该是设计电源的基本方向,先按照参数和需求理论计算,计算后再做样,最后调试修正,确定出适合的电路参数!现在都变成逆向了?这是为什么呢?究其原因,电源特别是关系到一些参数的计算公式很复杂,早期的电源工程师因为自身素质、计算仿真软件等内因外因不得不通过试验确定参数的做法竟然就这么流传至今,随着现在网络的发达和各种计算软件的普及,我想我们应该需要遵循最基本的产品开发流程,首先要懂电源的基本原理,知道各关键器件的选取设计的基本原理知识,然后用顺手的软件计算仿真结果!最后才是试验调试出具体的参数(理论计算不可避免有疏忽或者太过理想对电路参数有影响,因此调试也很重要)。认同楼主的那句话,重要的是思想,具体技术可以通过学习能很快掌握,但是如果思想不对,方向有误,对设计一定是事倍功半!但是有点小小的疑问,我看的所有的教科书都是先理论计算,实际调试内容基本没有,不知道楼主的与教科书的相反的设计思路从哪来的,如果有这样的书,麻烦楼主推荐下,正好大家可以一起学习学习前辈们的经验,再辅以我们的后发优势(理论与计算),我想青出于蓝而胜于蓝的日子不会远!另外希望大家能就楼主的帖子进行积极的讨论,除本身的电源设计参数外,正如楼主所说,思想很重要,这才是精华!期待后面磁学的计算和仿真!

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  • 少年鞍马

    LV.1

    2014-05-05 09:05

    @

    精品贴,顶新月哥哥
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  • zhenxiang

    LV.1

    2014-05-05 09:18

    @少年鞍马

    精品贴,顶新月哥哥
    ,计算值不可能太准确因为有太多的寄生参数影响,计算可以给后面的调试指明方向,方向不对南辕北辙那不只是事倍功半了。
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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 10:26

    @zhang_min9861

    其实我真想说,这本应该是设计电源的基本方向,先按照参数和需求理论计算,计算后再做样,最后调试修正,确定出适合的电路参数!现在都变成逆向了?这是为什么呢?究其原因,电源特别是关系到一些参数的计算公式很复杂,早期的电源工程师因为自身素质、计算仿真软件等内因外因不得不通过试验确定参数的做法竟然就这么流传至今,随着现在网络的发达和各种计算软件的普及,我想我们应该需要遵循最基本的产品开发流程,首先要懂电源的基本原理,知道各关键器件的选取设计的基本原理知识,然后用顺手的软件计算仿真结果!最后才是试验调试出具体的参数(理论计算不可避免有疏忽或者太过理想对电路参数有影响,因此调试也很重要)。认同楼主的那句话,重要的是思想,具体技术可以通过学习能很快掌握,但是如果思想不对,方向有误,对设计一定是事倍功半!但是有点小小的疑问,我看的所有的教科书都是先理论计算,实际调试内容基本没有,不知道楼主的与教科书的相反的设计思路从哪来的,如果有这样的书,麻烦楼主推荐下,正好大家可以一起学习学习前辈们的经验,再辅以我们的后发优势(理论与计算),我想青出于蓝而胜于蓝的日子不会远!另外希望大家能就楼主的帖子进行积极的讨论,除本身的电源设计参数外,正如楼主所说,思想很重要,这才是精华!期待后面磁学的计算和仿真!

    感谢楼主的关注及回复。

    这里说的逆向思维是指理论计算方法上的处理方式。

    一般教科书上是先给出假设(比如母线电压纹波是20%,这个假设合理吗?),然后根据假设计算需要的值(比如根据母线电压纹波,计算电解电容的容值)。这样处理计算结果容易存在误差,误差累计到一定程度容易出错。

    这里采用相反的过程(利用mathcad软件),即先假定需要的值是多少(比如假定电解电容的容值),然后看取值是否合理(比如看计算出来的母线电压纹波是否符合要求)。这样处理的优势是可以精确计算,理论上没有误差。

    所以其实教科书上的可以看成是逆向计算。而这里的与其相反,即逆向计算的逆向,反而是顺向计算,条理清晰更容易理解。

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 10:29

    @zhenxiang

    ,计算值不可能太准确因为有太多的寄生参数影响,计算可以给后面的调试指明方向,方向不对南辕北辙那不只是事倍功半了。

    是的。

    比如在后续计算变压器漏感时,计算值虽然精度较差,但是可以看到哪几个参数会有影响以及影响有多大,提供改善的方向。

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