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介绍一下TOPSwitch-GX开关电源在牙科X光机中的应用
[发布时间]:2015年10月19日 [来源]:开关电源 [点击率]:5185
【导读】: 1 引言  辅助电源作为医用x光机电源的一部分.虽然不是核心部件,但它就如同人的左右手一样.起着至关重要的作用,其性能指标直接对整个系统的性能产生重要影响。在设计过程中一般采用的方法有二种:一种是...

  1)输出功率要超过100 W,以满足各部分对辅助电源功率的要求:

  2)使用电压范围要宽,保证电压大范围波动时不会导致系统失效:

  3)输出电压稳定度要高,比如灯丝.其电压的波动直接影响到X光剂量的多少;再如单片机,电压的波动导致其程序跑飞,造成的后果将不堪设想:

  4)体积要小,这样有利于减小设备体积.提高用户操作的灵活性。


  3.2 计算机辅助设计
  由于电源设计涉及的知识面较广,不仅要掌握TOPSwtieh系列单片开关电源的工作原理.还必须了解有关半导体器件、模拟电路与数字电路、电磁特性、电磁兼容性、热力学等方面的知识。传统设计方法全部靠人工来完成,步骤繁琐、工作量大、效率低。本设计采用PI公司提供的辅助设计工具Pl—Expert软件,极大地减少了工作量.缩短了开发时间,并可实现多方面的优化设计。图3示出应用PI—Expert辅助设计时软件输出的电路形式。该软件根据用户给定的输入参数、输出参数、优化方式、器件系列等相关信息,通过计算给出器件变量电源部分元件选择、电源输出参数、变压器结构参数和次级参数等信息。本设计性能指标如下:
  输人参数:输入电压为85 VAC一265 VAC;电源频率为50 Hz;整流二极管导通时间为2.45 ms;损耗分配因数为O.46;效率为0.73。

  输出参数:输出电压和电流为12 V/5 A、12V/1A,12 V/1 A,12 V/1 A和7.5 V/2 A:反馈绕组电压和电流为12 V/0.006 A。

  工作方式:反激式。

  器件:TOPSwiteh—GX,Y系列,132 kHz。

  优化方式:最低成本。 

图3  PI-Expert软件输出的电路拓扑

  3.3 变压器设计
  由于变压器在电路中兼有储能、限流和隔离作用.还要流过电流直流成分,因而是整个设计中的难点和关键。

  3.3.1 变压器的设计原则
  当电路主拓扑结构、工作频率和磁芯尺寸确定后.变压器的功率P与磁感应强度B和电流密度成正比.即PocBJ当变压器尺寸一定时,B和J选得高一些,则某一给定的磁芯可以输出更大的功率.这样可以使变压器体积减小,重量减轻。但是B和J的提高受各项电性能技术要求的制约。若B过大.激磁电流过大,会造成波形畸变严重,影响电路安全工作并导致输出纹波增加。若J增大,则铜损增大.温升将会超过规定值。因此,在确定磁感应强度和电流密度时,应把电性能要求和经济设计结合起来考虑。

  3.3.2 相关参数计算
  为了合理选择变压器的磁芯,确定初级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数,必须对磁场强度、传输功率、传输效率、初级和次级峰值电流等多项参数进行分析计算。计算方法多种多样,但计算结果相差不大。本设计采用了PI—Expert软件,计算相当简单,仅需输入相关设计参数,软件就会输出所需的变压器设计参数:初级线圈电感量LP=171μH:初级匝数:NP=27.3(实际设计中取27);初级线径:AWG20(0.813 mm)双股并绕;反馈绕组匝数:NB=3.0:磁芯选择:E135,相关参数Bw=15.70 mm,M=0 mm.L=1.60 mm,AE=101.40 mm2,ALG=210nH/T2,BM=2423G,BP=2976G,BAc=606G;气隙:LG=0.52mm;初级漏感:LL=3μH;次级12 V/5 A组:3匝.AWG22(0.643 mm)3股并绕;次级12 V/1 A组:3匝.AWG24(0.51 mm);7.5 V/2 A组:2T(实际输出7.97 V).AWG22(0.643 mm)。
  软件给出的参数都是经过一定优化得到的,故实际设计中优先选用这些推荐参数,实践证明这样做是合理且高效的。

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