詳解反激式開關電源的電磁兼容性設計
發布時間:2015-07-22 責任編輯:echolady
【導讀】設計開關電源的種類複雜多樣化,但是如果設計一個成本低、通用性、高gao效xiao率lv的de開kai關guan電dian源yuan實shi屬shu不bu易yi。本ben文wen就jiu詳xiang細xi解jie析xi具ju有you電dian磁ci兼jian容rong性xing的de反fan激ji式shi開kai關guan電dian源yuan的de電dian路lu設she計ji。下xia麵mian請qing看kan小xiao編bian對dui反fan激ji式shi開kai關guan電dian源yuan設she計ji的de詳xiang細xi步bu驟zhou。
開關直流穩壓電源是基於方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特性而形成的。其基本工作原理是,先對輸入交流電壓整流,從而形成脈動直流電壓,經過DC-DC變bian換huan電dian路lu變bian壓ya,再zai通tong過guo斬zhan波bo電dian路lu形xing成cheng了le不bu同tong脈mai衝chong寬kuan度du的de高gao頻pin交jiao流liu電dian,然ran後hou對dui其qi整zheng流liu濾lv波bo輸shu出chu需xu要yao電dian壓ya電dian流liu波bo形xing。如ru果guo輸shu出chu電dian壓ya波bo形xing偏pian離li所suo需xu值zhi,便bian有you電dian流liu或huo電dian壓ya采cai樣yang電dian路lu進jin行xing取qu樣yang反fan饋kui,經jing過guo與yu比bi較jiao電dian路lu的de電dian壓ya值zhi進jin行xing參can數shu比bi較jiao,把ba差cha值zhi信xin號hao放fang大da,從cong而er控kong製zhi開kai關guan電dian路lu的de脈mai衝chong頻pin率lvf和占空比D,以此來控製輸出端的導通狀態。因此,輸出端便可以得到所需的電壓電流值。
根據電力係統的實際需要,通過對各個部分進行分析,便可以設計出相應的開關電源產品。

圖1開關電源原理框圖
zaishejikaiguandianyuanshi,shouxianjiuyaomianlinruhexuanzeheshidekaiguandianyuankongzhixinpian。zaixuanzexinpiandeshihou,yaojinengmanzuyaoqiu,youbuyinweixuanxingzaochengziyuandelangfei。xiamianjiujieshaoliyongTopswitchⅡ係列開關電源的功率損耗(PD)與電源效率(η),輸出功率(Po)關係曲線,快速選擇芯片的型號,從而完成寬範圍輸入的通用開關電源的設計。

圖2 TOPSwitch芯片內部原理圖
開關管保護電路
在開關芯片的漏極D側可以利用VDZ和VD兩個二極管對高頻變壓器的漏感產生的尖峰電壓進行箝位,可保護μ的D-S極間不被擊穿。例如VDZ可以選用瞬態電壓抑製器P6K200,其反向擊穿電壓為200 V.VD采用反向耐壓為600 V的UF4005($0.0444)型超快恢複二極管,亦稱阻塞二極管。
圖3給出了由TOPSwitch構成的反激式電源的原理圖。其工作過程如下:輸入交流電經整流橋BR1整流後再經電容C1濾波,變為脈動的直流電。反激式變壓器與TOPSwitch將存儲於電容C1的能量傳遞給負載。當TOPswitch開關管導通時,電容C1兩端的電壓加到反激變壓器的原邊,流過原邊繞組的電流線性增加(如若在MOSFET開關管導通的瞬間變壓器副邊電流不為零,則由於副邊感應電勢反向,二極管D2截止,副邊電流變為零,然而磁芯內的能量不能突變,故原邊電流躍變為副邊電流的1/ K,K為變壓器變比),變壓器儲存能量;
當MOSFET開關管關斷時,電感原邊電流由於沒有回路(此時,穩壓管VR1的擊穿電壓因高於原變壓器的感應電勢而截止)而突變為零,變壓器通過副邊續流,副邊電流為TOPswitch開關管關斷時原邊電流的K倍,副邊繞組通過二極管D2對電容C2充電,此後,流過變壓器副邊的電流線性下降。二極管D1與穩壓管VR1並接於變壓器的原邊以吸收由於變壓器原邊的漏感而產生的高壓毛刺。電阻R1、穩壓管V R2、光耦U2與電容C5構成了電壓反饋電路以保證輸出電壓穩定。電阻R2與VR2構成一假負載,以保證當電源空載或輕載時輸出電壓穩定。電感L1與電容C3構成LC濾波器以防止輸出電壓脈動過大。二極管D3與電容C4構成一整流電路以提供光耦U2光電三極管的偏置電壓。電感L2、電容C6和C7用於降低係統的電磁幹擾(EMI)。

圖3反激式電源的應用原理圖
圖4分別給出了輸入電壓220 V(交流),輸出功率為40 W;輸入電壓85 V(交流),輸出功率為24 W和輸入電壓85 V(交流),輸出功率為40 W時的輸出電壓波形。
圖4不同電壓輸入條件下的電壓仿真輸出波形
通(tong)過(guo)仿(fang)真(zhen)試(shi)驗(yan),對(dui)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)了(le)認(ren)證(zheng)。總(zong)體(ti)來(lai)說(shuo)設(she)計(ji)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan),輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)較(jiao)為(wei)穩(wen)定(ding),而(er)且(qie)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)好(hao),抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)強(qiang),適(shi)合(he)小(xiao)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)設(she)計(ji)製(zhi)造(zao)。直(zhi)流(liu)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)是(shi)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen),好(hao)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)是(shi)高(gao)質(zhi)量(liang)現(xian)代(dai)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)保(bao)證(zheng)。
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