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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:

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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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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 11:07

    @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:确定输入保险丝的电流值。

    根据上文计算的输入电流ii,计算i2t值作为参考,以及选用合适额定电流的保险丝,看是否满足电流降额。

    mathcad计算过程如下:

    无标题1

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  • zhang_min9861

    LV.1

    2014-05-05 11:13

    @新月GG

    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。

    其实我倒是认为这个假设是合理的!比如母线纹波的问题,不同的人做机器对纹波的要求真不一样的,我前两年做光伏逆变器,见过老外机器里面的干扰大的不行,母线纹波几十V,但是人家就是控制做的稳,输出温度!反观国内的机器,母线纹波做的小,就10几V,采样处加了各种抑制干扰的措施(纹波和抑制干扰都是要加硬件的,要加成本,老外软件处理到位,这个就省了),可是还是做的没人家稳!所以我觉得这就是电源的指标,研发初期先确定各项指标,再来计算是没有问题的。

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  • 新月GG

    LV.1

    2014-05-05 11:19

    @zhang_min9861

    其实我倒是认为这个假设是合理的!比如母线纹波的问题,不同的人做机器对纹波的要求真不一样的,我前两年做光伏逆变器,见过老外机器里面的干扰大的不行,母线纹波几十V,但是人家就是控制做的稳,输出温度!反观国内的机器,母线纹波做的小,就10几V,采样处加了各种抑制干扰的措施(纹波和抑制干扰都是要加硬件的,要加成本,老外软件处理到位,这个就省了),可是还是做的没人家稳!所以我觉得这就是电源的指标,研发初期先确定各项指标,再来计算是没有问题的。

    其实我说的重点是计算的误差,倒不是假设合理不合理。

    比如根据纹波电压,计算出电容值,然后取一个相近的电容值,这样就出现计算误差了。

    而直接取电容值,再计算纹波电压,理论上就不存在计算误差。

    而且顺向计算,更容易理解。

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  • hugan

    LV.1

    2014-05-05 12:17

    @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。
    继续关注
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  • dyfei

    LV.1

    2014-05-05 14:32

    @

    学习中,这种模式最好了,希望多点详细的思路和计算,支持支持、、、、、
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  • liaohu

    LV.1

    2014-05-05 14:41

    @

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  • aczg01987

    LV.1

    2014-05-05 15:20

    @新月GG

    首先计算主电路参数:

    根据电源指标:

    1、输入电压:Ui=90-264V

    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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  • 562676715

    LV.1

    2014-05-05 15:22

    @

    五一出差刚刚回来,就看见了新月GG的精华版面,学习了!
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  • 火影勇者

    LV.1

    2014-05-05 18:11

    @

    多些新月哥哥,这个帖子必须顶起来啊,期待更新,学习了,谢谢
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  • 火影勇者

    LV.1

    2014-05-05 18:20

    @SKY丶辉煌

    顶!月哥一定要坚持下去'这个东西很棒的!期待环路!
    精华帖啊,新月哥哥辛苦了,这个必须顶起来啊,看了的都要回复,给新月哥哥动力
    0

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