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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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    LV.1

    2014-05-09 12:57

    @miky1188

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:01

    @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:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:05

    @新月GG

    AC-DC部分:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

    所选磁芯为HS72 UU10.5

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:14

    @新月GG

    AC-DC部分:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

    根据以上磁芯的性能指标与尺寸,

    1、计算每匝电感量AL=μ*Ae/le;

    2、计算共模电感量L=N^2*AL;

    3、假定共模电流,计算共模电流引起的最大磁感应强度Bm_cm=(L*i)/(N*Ae)。

    无标题

     

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:29

    @新月GG

    AC-DC部分:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

    根据以上磁芯与骨架的尺寸图:

    1、根据所选的线圈直径与并饶数,计算窗口系数K0=(2*N*S)/Ae,看其是否合适;

    2、根据所选的线圈直径与并饶数,计算电流密度J=i/S,看其是否合适。

    无标题

     

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:41

    @新月GG

    AC-DC部分:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

    如何计算共模电感的差模分量?

    1、计算差模分量的磁路长度le;

    2、根据磁路长度计算空气电感Lair=N^2*μ*Ae/le;

    3、将共模电感等效为2个磁棒电感,并计算等效系数k;

    4、计算磁棒电感的电感量Ldm=k*Lair,即为差模分量;

    5、根据输入电流峰值,计算差模电流引起的最大磁感应强度Bm_dm=(L*i)/(N*Ae);

    6、计算总的磁感应强度Bm=Bm_cm+Bm_dm,判断其是否合适。

    无标题

     

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 15:44

    @新月GG

    AC-DC部分:确定输入共模电感,分5部分。

    1、磁芯的选择;

    2、假定匝数,计算共模电感量,看其是否满足后续EMI的要求;

    3、假定线圈直径与并饶数,计算电流密度,看其是否合适;

    4、根据所选磁芯骨架和匝数,计算共模电感的差模分量,也即漏感;

    5、计算共模电感的铜损。

    最后计算共模电感的铜损P=I^2*R。

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  • gz_zxq

    LV.1

    2014-05-09 16:43

    @

    也请新月GG发一份mathcad2001给我
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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-09 17:13

    @gz_zxq

    也请新月GG发一份mathcad2001给我
    已发,请查收。
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  • liuyougen168

    LV.1

    2014-05-09 22:14

    @

    向新月GG无私奉献的精神致敬!新月GG也发一份mathcad2001版给我,谢谢!
    0

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