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从头开始设计、DIY一个45W的开关电源，总结一下全部过程 前一阵子做电子负载，配套的改装电源板功率稍显不足，手上开关电源的相关备件都有存货，干脆从头开始自己做了一块电源板。板子已经初步弄好了，测试结果还算满意，发帖总结一下。 水平有限，以下内容如有错误，还请各位老师多多指正。 电源选择用反激拓扑，主芯片用手上的存货TOP246。反激拓扑结构简单，是100W以下功率时常见的选择，TOP246集成了功率开关管，电路能稍微简化一些。 电源主要参数如下： 输入电压 ：AC 180-260V 最小输入电压：Vinmin=180*1.2=216V,取整为220VDC 最大输入电压：Vinmax=260*1.414=368V,取整为370VDC 输出电压 ：Vout=15V 功率 ：Pout=45W 频率 ：fs=66KHz 效率 ：η=80% 一、计算初级电感量Lp，公式：Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(IPmax-Ipmin)) Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs) 上式中各项参数及含义为： Lp ：初级电感量 Vinmin：最小输入电压，220V Fs ： 开关频率，66KHz Dmax ： 最大占空比，未知 Ipmin ： 初级电感最小电流，未知 Ipmax： 初级电感最大电流。未知 分别计算以上未知量： 1、求最大占空比Dmax，公式：Dmax=Vf/(Vin+Vf) Dmax=Vf/(Vin+Vf) 上式中各项参数及含义为： Vf：反射电压，未知 Vin：输入电压，最大占空比出现在最小输入电压时，此处取Vin=Vinmin=220V。 反射电压Vf为输出电压按匝比反射到初级的电压，Vf与Vinmax相加不能大于MOS管的耐压，否则开关管会被击穿。 反射电压最大可取：Vf=Vds-Vinmax TOP246耐压700V，留30%耐压余量，Vds可以用到约500V。 Vf=Vds-Vinmax=500-380=120V。 将反射电压Vf、最小输入电压Vinmin代入公式： Dmax=Vf/(Vinmin+Vf)= 120/(220+120)=0.35 以上为Dmax的理论计算值，Dmax越大，次级的占空比越小、峰值电流越大，输出波纹也就越大，MOS的耐压的压力也越大。这里优化一下，将Dmax取小一些，暂定为0.31。 2、求初级电感最小电流Ipmin、最大电流Ipmax，公式：Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax) Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax) 上式中各项参数及含义为： Ipmin ：最小电流，未知 Ipmax ：最大电流，未知 Pout ：输出功率 ，45W Vinmin：最小输入电压，220V η ：效率，80% Dmax ：最大占空比，0.31 反激拓扑基本工作模式有DCM（电流断续）、CCM（电流连续）两种，各有优缺点，以下按CCM计算。 DCM模式，Ipmin=0。 CCM模式有两个未知数，一般选择Ipmax=2～3×Ipmin。（Ipmax与Ipmin过于接近容易导致产生振荡）。 这里取Ipmax=3Ipmin IpmIn+Ipmax=2×Pout/(VInmIn×η×Dmax)=2*45/(220×0.8×0.31)=90/54.56=1.65A IpmIn=0.41A Ipmax=1.24A 3、计算初级电感量Lp，将以上计算所得参数代入最初的公式 Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs) Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(Ipmax-Ipmin)) = (220×0.31)/(66000×(1.24-0.41)) =1245uH 二、计算初级匝数Np，公式：Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4 计算初级匝数首先要选择磁芯型号，常用AP法选择磁芯，这里就不计算了，按经验选择磁芯型号为ER2828。 Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4 上式中各项参数及含义为： L ：初级电感量（单位H），1245uH，1.245*10^-3H。 Ip ：初级峰值电流（单位A），1.24A ΔB：磁感应强度变化量（单位T），一般定为0.3T Ae： 磁芯截面积（单位cm2），ER2828磁芯的截面积为0.81 cm2 以上参数代入公式： NP=(1.245*10^-3*1.24/(0.3*0.81))*10^4=64T 三、计算次级匝数Ns，公式：Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf 上式中各项参数及含义为： Vout：输出电压，15V Vd ：整流管压降，0.8V Np ：初级匝数 64 Vf ：反射电压，120V 以上参数代入公式： Ns=(Vout+Vd)*Np/Vf =(15+0.8)*64/120=8.4匝 取整： Ns=8匝。 四、计算初次级线径 有个计算电流有效值的小软件，找不到了。大概按功率算一下： 初级电流有效值=45/220=0.2-0.3A 次级电流有效值=45/15=3A。 （注：这么算电流有效值严格上说是不合理的） 小功率开关电源，可按每平方毫米5-6A的电流密度选择导线，则线径为： 初级线径=0.276mm 次级线径=0.62mm（次级两组15V输出，每组电流1.5A） 得出线径后要按公式S=75/√f核算一下趋肤深度，线径不得大于2倍的S。 五、计算次级整流二极管的耐压，公式：VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout 上式中各项参数及含义为： VDR：整流管反压 Vinmax：最大输入电压，370V Ns：次级匝数，8匝 Np：初级匝数，64匝 Vout：输出电压，15V 以上参数代入公式： VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout= 370×8/64+15=61.25V 以上计算的是整流管的最小反压值，实际因二极管在反向恢复时存在震荡、电压尖峰，VDR取得要大一些，这里靠规格取100V。如果测试时发现电压尖峰过高，还要给整流管加上吸收。 总结一下变压器的计算结果： 变压器磁芯：ER2828 初级电感量Lp：1245uH 初级匝数Np：64匝 次级匝数Ns：8匝 辅助绕组匝数：7匝 初级线径：0.3mm 次级线径：0.6mm 次级整流管耐压：100V |
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