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        反激式(Flyback)變換器設(shè)計

        2021-09-26 08:20:00冠捷顯示科技廈門有限公司陳濟(jì)水
        電子世界 2021年16期

        冠捷顯示科技(廈門)有限公司 陳濟(jì)水

        電源就像人體的心臟,給所有電設(shè)備提供能量。反激式開關(guān)電源成本低、電路系統(tǒng)架構(gòu)簡單、輸入和輸出電壓可選擇范圍較大,因此,被廣泛應(yīng)用于TV、Monitor、Notebook等領(lǐng)域。反激式(Flyback)變換器在原邊導(dǎo)通時儲存能量,關(guān)斷時,將初級儲存的能量傳到次級。

        1 反激式(Flyback)變換器的原理

        反激式變換器是利用反激變壓器隔離輸入和輸出回路,此反激變壓器實(shí)際上是幾個電感組成,負(fù)責(zé)儲存能量、改變電壓、能量傳遞等任務(wù)。

        圖1是反激式(Flyback)變換器的基本原理圖。原理分析如下:當(dāng)初級MOS管Q9101導(dǎo)通時,次級肖特基二極管D9101處于截止?fàn)顟B(tài),此時初級并不提供能量,是輸出電容為系統(tǒng)的運(yùn)作提供能量;當(dāng)Q9101關(guān)斷時,T9101副邊繞組電壓反向,此時D9101開始導(dǎo)通,初級的能量才傳遞給次級,為次級輸出電容和系統(tǒng)的運(yùn)作供電;通過取樣回路和光耦來控制IC輸出的開關(guān)時間,調(diào)節(jié)初級給次級提供能量的大小,從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。

        圖1 反激式(Flyback)基本原理圖

        2 60W反激式變換器連續(xù)模式設(shè)計

        小于100W的開關(guān)電源通常是反激式架構(gòu),寬電壓設(shè)計時多數(shù)采用電流連續(xù)模式。下面介紹12V/5A反激式變換器設(shè)計的一般步驟:

        (1)電源的需求規(guī)格:

        (2)磁芯的選擇

        由于本次設(shè)計的電源Po=60W,f=65Khz,所以磁芯應(yīng)選擇EQ33。

        查規(guī)格書可知其有效截面積為156.3mm2。

        其中Dmax為輸出最大占空比,Ton_max為原邊最大導(dǎo)通時間。

        (3)原邊峰值電流Ip2的計算

        Ip1+Ip2=2*Iavg/Dmax=2.924A,假設(shè)Ip1=0.2Ip2,可得Ip1=0.487A,Ip2=2.437A。其中,Ip1為原邊導(dǎo)通瞬間電流。

        (4)原邊感量L的計算

        (5)初級繞組匝數(shù)Np的計算

        (6)次級繞組匝數(shù)Ns1和輔助繞組匝數(shù)Nv的計算

        同理輔助繞組匝數(shù)取Nv=4匝。

        (7)保險絲的選擇

        當(dāng)輸入電壓為90Vac且輸出功率為60W時,保險絲電流會達(dá)到最大值。小于75W的電源因考慮到成本,沒有功率因數(shù)校正模塊,輸入電壓和輸入電流的相位并不一致,所以功率因數(shù)PF很小,假設(shè)PF為0.6,可得輸入電流I=Po/(?*Vacmin*0.6)=1.39A,按UL規(guī)范,可選擇2.5A/250V的保險絲。

        (8)壓敏電阻參數(shù)的選擇

        依國內(nèi)市場需求,選擇10D621壓敏電阻(561壓敏電阻國內(nèi)市場發(fā)生過燒毀情況)。

        (9)EMI元件選擇

        X電容選擇容值時需考慮放電時間,共模電感用來抑制傳導(dǎo)。功率越大,所需要的X電容容值及共模電感感量也越大,本系統(tǒng)功率為60W,所以選擇一顆X電容(0.47uF)及兩顆共模電感(17mH)。

        (10)熱敏電阻的選用

        冷開機(jī)時,由于電網(wǎng)要對主電解電容充電,保險絲和整流橋會有很大的沖擊電流,熱敏電阻可以減小此沖擊電流值,保護(hù)后級電路;熱敏電阻選負(fù)溫度系數(shù),阻抗隨著本體溫度的升高而降低,此特性可以提高電源的效率。寬電壓輸入時一般選用4Ω,同時需考慮本體溫度,溫度高時可以采用多顆小阻值熱敏電阻串聯(lián)。

        (11)整流橋的選擇

        根據(jù)保險絲選擇的電流,整流橋的電流需大于保險絲的額定電流,可選取4A,還需注意T的規(guī)格。寬電壓輸入時,整流橋的反向電壓一般選800V,所以選取4A/800V,并預(yù)留散熱片位置,若溫度超規(guī),可增加散熱片輔助整流橋散熱。

        (12)主電解電容的選擇

        輸入電壓為90Vac~264Vac時,電容的容值選2uF/W。因?yàn)檩敵龉β蕿?0W,所以容值C=Po*2uF=120uF,耐壓大于最大交流輸入電壓峰值的1.1倍,故選120uF/450V。

        (13)MOS管的選擇

        變壓器初次級圈數(shù)比為8.3,則MOS管DS端平臺電壓為478V,因Vds關(guān)斷瞬間會有尖峰,所選Vds需大于平臺電壓的1.3倍,得到:Vds>1.3*478V=622V。故選擇Vds為650V的MOS管,寬電壓時MOS管溫度較高,一般需要加散熱片輔助MOS管散熱。

        (14)次級整流二極管的選用

        變壓器初次級圈數(shù)比為8.3,則二極管反向的平臺電壓為57.6V,因二極管Vsr在關(guān)斷瞬間會有尖峰,所選Vsr需大于平臺電壓的1.3倍,得到:Vsr>1.3*57.6V=75V。故選擇反向耐壓為100V的肖特基二極管,通常需要再加散熱片,避免肖特基二極管溫度超規(guī)。

        結(jié)語:本文介紹了反激式(flyback)變換器的原理、60W電源連續(xù)模式設(shè)計的一般步驟,讓大家對反激式(flyback)變換器設(shè)計流程有一個較系統(tǒng)的了解,可以對剛?cè)腴T的電源開發(fā)人員有一定的啟發(fā)。

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