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開關電源適配器的設計與製作要從主電路開始,其中功率變換電路是開關電源適配器的核心。功率變換電路的結構也稱開關電源拓扑結構,該結構有多種類型。拓扑結構也決定了與之配套的PWM控制器和輸出整流/濾波電路。之前的文章有講解了電路結構和控制電路,本篇文章將介紹開關電源適配器的輔助電路、電路原理圖整理和高頻變壓製作。 1. 確定輔助電路 開關電源適配器通常由輸入抗電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路等組成。其中功率變換電路是開關電源適配器的主要電路,對開關電源適配器的性能起關鍵作用。根據不同的拓扑結構,開關電源適配器還需要一些輔助電路才能正常工作。有些輔助電路可能包含在主要電路環節當中。開關電源適配器常見的輔助電路如下: a) 電壓反饋電路。 b) 尖峰電壓吸收電路。 c) 輸入濾波電路。 d) 整流濾波電路。 e) 輸出過電壓保護電路。 f) 輸出過電流保護電路。 g) 尖峰電流抑制電路。 其中電壓反饋電路是各類開關電源適配器都具有的輔助電路。尖峰電壓吸收電路是反激式開關電源適配器必需的輔助電路。輸入濾波電路通常只在AC/DC變換器中出現。整流濾波電路包括工頻整流濾波和高頻整流濾波。自激式振盪型本身就具有輸出過電流保護特性。有時還需要開關電源適配器具有防雷擊保護電路,輸入過電壓、欠電壓保護電路等。設計開發人員可以根據設計要求進行適當的選取。 2. 整理電路原理圖 開關電源適配器的拓扑結構、控制電路和輔助電路確定以後,就可以整理、繪製電路原理圖。以便確定所有元器件的型號、參數、形狀尺寸及數量,完成個元件引腳之間的電氣連接。電路原理圖應按照信號流程和功能劃分不同區域,力求布線清晰、整潔、密度分配合理、信號流向清楚。然後確定所有元器件的封裝,以便電路板設計時的元件布局與布線。 3. 製作高頻變壓器 高頻變壓器的設計是製作開關電源適配器的技術關鍵。在半橋式、全橋式和推挽式開關電源中,高頻變壓器通過的是交變的電流,不存在直流磁化問題,設計方法和工頻變壓器基本相同,只是採用的磁芯材料不同,設計起來相對比較簡單。正激式開關電源的高頻變壓器與全橋式有相同之處,但存在直流磁化問題,設計起來要複雜一些。因此有時會在高頻變壓器中增加去磁繞組,以便降低設計難度。反激式開關電源在小功率開關電源中應用最為普遍,但其高頻變壓器的設計也最為複雜。 反激式開關電源的高頻變壓器相當與一只儲能電感,在固定的開關頻率下,其儲存的能量大小直接影響開關電源的輸出功率。在設計反激式開關電源的高頻變壓器時,需要以下幾個步驟: a) 計算一次電感量Lp. b) 選擇磁芯與骨架。 c) 計算一次繞組匝數Np。 d) 計算二次繞組匝數Ns。 e) 計算氣隙長度。 f) 檢驗 磁通密度Bm。 首先要根據一次繞組的峰值電流Ip和開關電源的輸出功率Po計算一次電感量Lp。然後是選擇磁芯與骨架並確定相關參數。接下來依據選定的磁芯截面積和磁路長度等參數計算一次匝數Np。在根據一次和二次的變換比值計算二次繞組匝數Ns。為了防止高頻變壓器出現磁飽和,通常要在磁芯中加入空氣間隙,還需要根據一次電感量Lp和所選磁芯參數計算氣隙長度。 還要根據峰值電流Ip、一次繞組匝數Np和磁芯參數計算 磁通密度Bm,檢驗是否滿足磁芯材料要求。在部分條件不能滿足時,要重新選擇磁芯與骨架,進行計算和檢驗,直到滿足設計要求為止。
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