基于PQ35的開關電源設計

1.引言
　　開關電源從上世紀50年代問世至今以體積小、效率高而廣泛應用于計算機、通信裝備等幾乎所有的電子設備。其種類繁多、形式多樣，發(fā)展趨勢也朝著小體積、高效率、低成本的方向發(fā)展。這里介紹的3 00 W開關電源屬于隔離型硬開關、半橋式開關電源，在較低電壓(1 4V)和較大電流(2 2A)輸出的條件下有很好的效率及輸出指標，對核心器件(例如高頻變壓器)進行了合理的參數(shù)及繞制工藝設計。

　　高頻變壓器是開關電源中核心能量轉換部件，它和普通工頻變壓器一樣也是通過磁耦合來傳輸能量的。不過在這種功率變壓器中實現(xiàn)磁耦合的磁路不是普通變壓器中的硅鋼片，而是在高頻情況下工作的磁導率較高的鐵氧體磁芯或鈹莫合金等磁性材料，其目的是為了獲得較大的勵磁電感、減小磁路中的功率損耗，使之能以最小的損耗和相位失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量[1]。

　　鐵氧體磁芯有EC、EE、EDT、EP、 EPC、 EF、 EI、 PQ、 RM、 P、LP等多種型號，應用于各種不同的要求，其中PQ型磁芯具有磁屏蔽好的優(yōu)點，減小了電磁干擾(EMI)的傳播，特別適用于開關電源變壓器，在50W～1 000W范圍內(nèi)的效果較好。

　　2.用PQ35/35制作300W半橋式變換器高頻開關電源

　　2.1 300W(14V、22A)半橋式開關電源原理圖

　　3 00 W(1 4 V、 2 2 A)半橋式開關電源原理圖如圖1所示。由原理圖可看出，3 00 W半橋式開關電源主要由兩只功率管IRFP460LC、高頻變壓器PQ35/35(PC40材質(zhì))、輸出整流濾波電路、驅(qū)動電路、保護電路、控制電路(篇幅所限本圖未給出)以及輔助電源等組成。

　　關于半橋式開關電源原理許多書籍已詳細說明，本文不再嗷述，下面詳細說明高頻變壓器的參數(shù)設計和繞制工藝。

　　2.2 300W半橋式開關電源高頻變壓器的參數(shù)設計與繞制

　　半橋式高頻變壓器的磁化特性工作在第一、三象限，磁通變化從一Bm到+Bm，屬于對稱式工作變壓器，無需加氣隙。

　　(1)估算PQ35磁芯的功率容量

　　開關電源變壓器功率容量計算式為[2]：

　　式中

　　PT--變壓器的視在功率，對于半橋式PT=(1/ η+1.4 1 4)P。，其中取效率η=8 5%，Po=300W， 則PT=777w;

　　Ko--窗口的銅填充系數(shù)，取0.5：

　　Kf--波形系數(shù)，方波時取4;

　　Fw--開關頻率，本例為1 00KHz：

　　Bw--磁芯工作磁通密度，一般取1/3飽和磁通密度，本例采用P C 4 0材質(zhì)，飽和磁密G s=0.39T(1 00℃)， 取Bw=0.1 3T：

　　Kj--電流密度比例系數(shù)，一般取400：

　　X--常數(shù)，由所選磁芯確定，可取一0.1 2。

則A P=(7 7 7*1 04/0.5*4*1 00*1 03*0.1 3*4 00)1.14≈0.72cm4。

　　也可以由下式計算[3]：

　　式中

　　Pt--變壓器的標稱輸出功率,可取1.5Po為450W;

　　η--變壓器的效率,這里取85%：

　　f--開關頻率，本例為1 00KH z：

　　Bm--磁芯的最大磁感應強度，取1 500GS：

　　δ--漆包線的電流密度，1 00KHz頻率可取6A/mm2：

　　Km--窗口的銅填充系數(shù)，取0.5：

　　Kc--磁芯填充系數(shù)，可取1.0。

　　則A P=4 5 0*1 06/(2*0.8 5*1 00*1 03*1 5 00*4*0.5*1)≈0.59cm4。

　　而查表P Q 3 5/3 5的A P=4.3 c m4，遠遠滿足功率容量要求，之所以選PQ35也是為以后加大輸出功率做準備。

　　(2)計算原邊繞組匝數(shù)

　　原邊繞組匝數(shù)可由下面公式計算：

　　式中

　　Kf--波形系數(shù)，方波時取

　　Pt--變壓器的標稱輸出功 4;率，可取1.5Po為4sow;

　　Fw--開關頻率，本例為η1--變壓器的效率，這里 1ooKH z：

　　Bw--磁芯工作磁通密度，取0.1 3T;

　　Ae-- 磁芯有效面積，PQ35/35為196mm2;

　　V--變壓器原邊電壓，本例中V=250*1.3/2=1 62.5V。

則Np=1 6 2.5/4*1 00*1 08*0.1 3*1 9 6*1 0-6≈ 1 5.9，取整1 6匝。后來經(jīng)過實驗，取20匝比較合適。