電路達(dá)人經(jīng)驗(yàn)談:模塊電源(AC-DC)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)電源的輸入電壓是50Hz交流電壓85～265Vac，需要整流成直流再參與變換。最簡(jiǎn)單的方法是整流橋整流，50Hz交流電壓經(jīng)過(guò)全波整流后變成脈動(dòng)直流電壓，再通過(guò)輸入濾波電容得到直流高壓。

1、輸入整流濾波單元

1)整流橋的選擇

整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓VRR(V)，正向壓降VF(V)，平均整流電流IF(A)，正向峰值浪涌電流IFSM(A)，最大反向漏電流IRM(μA)。

整流橋的反向擊穿電壓VRM應(yīng)滿足下式要求：VRM>1.25*1.4Vinmax 即1.25*1.4*265=450 V，應(yīng)選耐壓600V的整流橋，整流橋額定的有效值電流為IF，應(yīng)當(dāng)使IF≥3IRMS。計(jì)算IRMS的公式如下：

IRMS= Is= P/η/Vs=2.5/0.75/110=30.3 mA，實(shí)際選用lA、600V的整流橋，以留出一定余量。

2)輸入濾波電容器的選擇

鋁電解電容器的額定電壓的1.3倍作為電容器的浪涌電壓，工作電壓高于160V時(shí)，是額定工作電壓+50V作為浪涌電壓，這是生產(chǎn)廠家保證的電壓，可以允許在短時(shí)間內(nèi)承受此電壓。電容器處于浪涌電壓時(shí)，電流會(huì)很大，如果時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)爆開(kāi)。 所以鋁電容器應(yīng)該選用額定電壓稍高的，實(shí)際工作電壓為標(biāo)稱額定電壓的70~80%為宜，所以選用額定電壓值為400V的鋁電解電容。

由于模塊電源體積的限制，在85～265Vac的輸入范圍內(nèi)，前級(jí)儲(chǔ)能鋁電解電容的容值一般選取2倍于輸出功率的值，即2.5*2=5，綜上，鋁電解電容的取值以4.7μF/400V為宜。

2、功率變壓器的設(shè)計(jì)

1) 考慮到2.5W的輸出功率實(shí)際很小，還有模塊電源的體積限制。選擇截面積足夠而體積盡可能小的EPC13(Ae=12.5mm2)的鐵氧體磁芯來(lái)完成功率的轉(zhuǎn)換。

2) 計(jì)算ton

原邊繞組開(kāi)關(guān)管的最大導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)在最低輸出電壓和最大負(fù)載時(shí)發(fā)生。 設(shè)D=ton/Ts=0.45

有：Ts=1/f=1*106/66*103=15.2 μs

ton =D* Ts =0.45*15.2=6.84 μs3) 計(jì)算最低直流輸入電壓

設(shè)電源在最低電壓時(shí)輸出最大負(fù)載，計(jì)算輸入端的直流電壓。對(duì)于單項(xiàng)交流整流用電容濾波，直流電壓不會(huì)超過(guò)交流電壓有效值的1.4倍也不小于1.2倍。現(xiàn)取1.3倍。即：Vs=85*1.3=110 V

4) 選擇工作時(shí)的磁通密度值

已知EPC13的中心柱磁路的有效面積Ae=12.5mm2，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在100℃時(shí)是390mT，則65%的飽和值：
△Bac=390*0.65=250 mT。

5) 計(jì)算原邊匝數(shù)

因?yàn)樽儔浩鬏斎腚妷菏且粋€(gè)方波，一個(gè)導(dǎo)通期間的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系：

Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )

式中 Np—原邊匝數(shù)

Vs—原邊直流電壓

ton—導(dǎo)通時(shí)間

Ae—磁芯有效面積

即：

Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )=110*6.84/(0.25*12.5)=240 匝

6) 計(jì)算副邊匝數(shù)

輸出電壓5V，整流管壓降0.5V，則副邊繞組對(duì)應(yīng)電壓值為Vo= 5+0.5=5.5V

原、副邊繞組匝比為Vs*D/【Vo*(1-D)】=110*0.45/【5.5*(1-0.45)】=16.36

副邊匝數(shù)Ns=240/16.36=14.7 匝，取整數(shù)15匝7) 自供電繞組的匝數(shù)

根據(jù)VIOer12A芯片的資料，自供電電壓取值為11V左右為宜，則Vf=15*(11+0.7)/(5+0.5)=31.9 匝，取整數(shù)32匝