设计条件:
1、电路形式:给出变换器的形式,输入输出电路及所用元器件
2、工作频率或周期
3、变换器输入最高、最低电压
4、输出电压和电流
5、开关管最大导通时间
6、开关管导通电压降及整流二极管正向电压降
7、隔离电位
8、要求的漏感或分布电容
9、温升要求
10、磁芯形状
11、工作环境条件
设计参数的确定:
1、磁感应强度B和电流密度J
磁感应强度B、变压器铜耗Pm、电流密度J
2、变压器和线圈的结构参数
铜线占空系数、平均匝长、变压器表面积、磁芯结构常数
铁氧体材料的开关电源变压器采用标准化设计,通过查表的方法简化工作量。
表格包含了如下信息:
变换器类型
工作频率
变压器温升
磁芯规格
技术指标
直流功率、增量磁感、剩余磁感、电流密度、电压调整率、电感系数
损耗指标
磁芯损耗、线圈铜耗、散热面积、单位损耗、效率
结构参数
结构常数、平均匝长、等效截面、磁路长度、气隙厚度、磁芯体积
线圈参数
初级每匝伏数、次级每匝伏数、绕线宽度、绕线厚度、占空系数
开关电源设计举例
设计一个标准的多输出电源:
稳态设计规格:
1、输入电压范围:85 ~ 264 VAC
2、输出#1:5V/50A
输出#2:3.3V/40A 满足:I1 + I2 《= 55A
输出#3:12V/12A
输出#4:-12V/4A
3、输出电压纹波:
4、模块满载效率:≥70%
5、输入功率因数:0.99TYP
6、电压调整率:≤+-1%
7、负载调整率:输出#1 ≤+-0.5%,其它输出 ≤+-3%
8、模块几何尺寸:长 * 宽 * 高
9、模块环境温度:-20 ~ 50摄氏度
10、温度系数:≤0.02%
11、输出保持时间:16ms
设计必须实现的功能:
1、全范围内的正常开关机
2、全范围内的输出稳压且满足各项电性能指标
3、实现规格书要求的自动保护
4、输出#1 ~ 输出#3的输出并联均流
5、输出#1和输出#2的远端补偿
6、实现规格书的安全要求
7、实现规格书的EMI要求
8、实现规格书的热插拔要求
9、实现规格书的MTBF要求
10、实现规格书的成本要求
11、实现规格书的通断逻辑功能要求
开关电源设计优化
当我们设计完成一个开关电源以后,只是大致实现了其功能和指标,还需要进行各种优化。
1、功率级参数的优化
在选定功率级拓扑后,可利用前面的知识和稳态工作点选择对功率参数进行优化,使得:
---开关功率器件的损耗最小
---功率变压器和滤波器电感,滤波电容等的体积最小
---电源整机的功率密度最高
---功率级的Layout最合理等等
在这些优化中,最重要的是功率变压器的优化,其变比,其绕法都会直接影响其他功率元器件的选择和整个功率级的效率及功率密度。合理地选择功率开关器件和它们的驱动电路及吸收电路,对功率级的性能也很重要。
2、环路参数的优化
在选定功率级拓扑和控制策略后,可利用前面的知识在功率级参数优化的基础上,对环路参数进行优化,使得:
---尽量减小闭环电压音频隔离度,从而减小PFC滤波电容
---尽量减小闭环输出阻抗,从而减小DC输出滤波电容
在环路优化中,最重要的是补偿器参数,调制器参数(如外部斜波补偿含量)和光耦电路参数的优化。其中,电源整机的PCB Layout对环路的影响非常大,只有在好的PCB Layout下面,通过环路各部分参数的优化,才能使电源环增益的带宽尽可能大,从而实现更好的动态性能和更高的功率密度。