发布时间 : 星期四 文章《多路输出开关电源设计》更新完毕开始阅读
青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） TL431的稳压原理可分析如下：当由于某种原因致使V0↑时，取样电压VREF也随之升高，使VREF>Vref，误差放大器输出电压升高，致使VT的输出电压降低，即V0↓。反之，V0↓→VREF↓→VREF 图 3-4 TL431等效电路 20 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 4开关电源电路设计 4.1EMI滤波器设计 在开关电源的输入端设置EMI滤波器能在够有效地滤除来自电网的尖峰干扰，同时也能防止频率很高的高次谐波分量扩散到电网从而污染电网，这些高次谐波是开关电源工作时产生的[24]。 4.2.1EMI电路分析 EMI直译是是“电磁干扰”，是指电子设备（干扰源）通过电磁波对其他电子设备产生干扰的现象。它主要有两种类型：传导干扰和辐射干扰。电子设备或系统在复 杂的电磁环境中应具备彼此兼容的能力，就是说互相不产生干扰的各自工作。电源产生的噪声就是一种电磁干扰EMI，它传导噪声的频率大致为10KHz~30MKHZ，最高时能够到达150MHz[25]。 本设计采用的EMI滤波电路如图所示： 图4-1EMI滤波电路 4.2.2 电路EMI滤波器参数设置 EMI滤波器作为降低电磁干扰的一种经常釆用的装置，和一般的滤波器有一定的不同，其性能指标和参数有特定的选择和计算方法[26]。根据设计需要选用图4-1所示的电路结构，具体参数取值如下： 21 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） (1) CX01、CX02：抗差模干扰元件，称为X电容，属于安规电容。X电容有三种类型：X1、X2和X3，不同类型的X电容耐高压的数值不同。在关电源中经常采用的是X2电容，它的耐高压值不大于2.5kV，电容大小在10nF~470nF之间。本设计选用聚 酯薄膜类电容，体积虽然相对较大，但它允许瞬间充放电的电流比较大，并且内阻比较小。本设计选用的X电容参数为100nF。 (2) C7、C8：抗共模干扰的元件，是Y电容，属于安规电容。根据额定电压值的不同，Y电容可分为四类：Y1、Y2、Y3和Y4，开关电源中经常采用的是Y1类电容和Y2类电容。把C7和C8跨接在输入端电路两端，并且将两个电容器连线的中点接地，这样能够对电路中产生的共模干扰有很好的抑制效果。在本次设计中选择了陶瓷电容，容量范围在2.2nF~100nF之间。为了减小漏电流值，电容容量不能超过100nF，本设计选择参数为10nF的Y电容。 (3) L01：共模电感，它的作用是用来滤除电路产生的共模噪声干扰。它的结构是在一个闭合磁环上对称的绕制了两个线圈，这两个线圈的匝数相等，方向相反；当带有共模噪声的电流流经这两个绕组的时候电流的方向是相同的，那么它们产生的磁通量就会同向相加，这个时候共模电感的线圈呈现出高阻抗的性质，这样就会使得共模的信号不容易通过，从而达到抑制目的。在电路设计中，共模电感通常在5mH-33mH之间取值。本设计取的值是6mH。 4.2 开关电源的高频变压器设计 开关电源中的高频脉冲变压器的实质同耦合电感相同，它具有变压，电气隔离，磁耦合传送能量等作用，是开关电源中的核心元器件，它的性能的好坏对整个开关电源设计能否成功至关重要[27]。 高频变压器的设计主要包括磁芯的选择（保证满足要求的功率转换）、匝数比、初级线圈匝数、次级线圈匝数、线径等参数的确定。复杂的电路中还应该考虑相应的损耗，包括铜耗、磁滞损耗等。因此要设计出高效的变压器必须综合考虑，并且进行严格的计算[28-30]。 4.2.1 估算输出功率和输入功率 根据设计指标要求，计算总的输出功率P0： P0??VoiIoi?12?0.5?5?2?16W i?12公式（4-1） 22 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 设计的开关电源有两路输出，考虑输出整流二极管上存在正向压降及留有一定裕量，输出功率P0=20W。 根据输出功率P0和效率?，计算输入功率Pin: Pin?P0??20?23.53 0.85公式（4-2） 4.2.2确定最小和最大直流输入电压值和电流值 输入交流电经过整流桥后，输出侧的最小和最大直流电压由下式计算得出： Vin V min?VACmin?2?40?193.35Vin max?VACmax?2?265?2?374.77V 公式（4-3） 公式（4-4） 直流电压与整流器的电压降，储能电容的等效阻抗值，整流器的电压降，电源线路中的阻抗，以及负载的大小均有关系。在计算最小输入直流电压时减去的40V为经验取值。 根据计算的最小和最大直流输入电压值，可以计算出输入电流的最小和最大值，如下式所示： Iinmin?Pin23.53??0.06A Vinmax374.77Pin23.53??0.12A Vinmax193.35公式（4-5） 4.2.3验证磁芯的合理性 Iinmin?公式（4-6） 这里采用Ap值法进行验证，即Ap?Ae?Aw，Aw是磁芯窗口面积，Ae是磁芯有效截面积。 KT?Pomax?104Ap?We?Aw?(cm4)Bm?f?k?j?? 公式（4-7） 取变压器原副边导线的电流密度J=400A/cm2、变压器的效率η为0.9、变压器的窗口系数K=0.4，式中KT为电路拓扑系数。计算公式为 代入数据得： 0.68?500?104Ap?We?Aw??5.9 30.16?25?10?0.4?400?0.923 KT?Dmax2?1?2Dmax4 公式（4-8）