多功能表开关电源原理图原理图如下电源设计要求输入电压42VAC.docx
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多功能表开关电源原理图原理图如下电源设计要求输入电压42VAC
多功能表开关电源原理图
⏹原理图如下
⏹电源设计要求
输入电压:
42VAC~456VAC50HZ
输出电压:
12VDC×2A
5VDC×2A(MAIN)
5VDC×1A(SUB)
输出纹波<=50Mv
脉冲电压隔离6000V
⏹变压器设计流程
VDCmin=VACmin*1.2=49.2V
VDCmax=VACmax*1.4=638.4V
输出功率(输出二极管为UF5404和UF5401,它们的导通压降分别为1.3V和1V。
)
(12+1.3)×2A=26.6W
(5+1)×2A=12W
(5+1)×1A=6W
-----------------------------------
26.6+12+6=44.6W
输入功率Po/n=44.6/0.8=55.75W考虑输入整流损耗55.75W×1.2=67W
输入平均电流Iav=67W/VDCmin=67/49.2=1.362A
假设Dmax=0.45
初级峰值电流Ip=2×Iav/Dmax=2×1.362/0.45=6.053A
一次方Lp=VDCmin×Dmax/(Ip×fs)=49.2×0.45/(6.053×50000)=73.2uH
反馈自5V×1A,则
使用变压器core为EI25,具体参数为
Le=47mmAe=41mm^2AL=2140Nh/N^2
设Te=1N/V
Ns=Te×(Vo+Vd)=1×(5+1)=6N
Np=Ns×VDCmin/(Vo+Vd)×Dmax/(1-Dmax)=40N
Alg=Lp/N^2=0.4575×10^(-7)
Bmax=Np×Ip×Alg/Ae=0.27tesla符合磁心利用要求
Ur=Al×Le/(0.4Pi×Ae)=1.952×10^(-3)
气隙长度Lg=(0.4Pi×Np^2×Ae/Lp-Le/Ur)×10^(-3)mm=1.102mm
Irms=Ip×(Dmax/3)^1/2=2.344A
电流密度取4.5
Ap=2.344/4.5=0.521mm^2
As(5V×1A)=1/4.5=0.222mm^2
As(5V×2A)=2/4.5=0.444mm^2
As(12V×2A)=2/4.5=0.444mm^2
最后得到:
使用EI25做core用三重绝缘线
初级匝数40Turns20swg
次级main为6Ts20awg
次级sub为6Ts23swg
次级12v为13Ts20awg
偏置匝数为15Ts20swg
三明治绕法
⏹桥式整流
整流二极管平均电流只能承受1A,但是整个电源要求平均为1.3A,峰值达到3A左右,按照要求需要换整流二极管,必将带来整流损耗加大。
⏹EMI滤波
假设在50KHZ有24dB的衰减,则
共模滤波器截止频率fc=fs×10^(Att/40)=50KHZ×10^(-24/40)=12.6KHZ
T1电感值L=RL×0.707/(Pi×fc)=50×0.707/(Pi×12.6KHZ)=893uH
C1和C2为X电容,C=1/[(2Pi×fc)^2×L]=0.178uF取0.2uF
使用2个0.1uF电容串连得到C1、C2、C22、C23。
*为了减少元器件EMI滤波器置于整流之后,可能对滤波效果有影响。
⏹Bulk输入滤波电容
】
Cin=(2~3)×Pin=3×67Uf=201Uf,取200uF,用100Uf/400V高压电容C3与C4串联得到。
⏹RCD电路
由于变压器的漏感,在MOS管关断的时候,会出现较大反激能量,如果不加RCD吸收,会造成MOS管漏极电压负担,并且产生EMI噪声。
一般RCD的做法是将漏感反激能量消耗在snubber中,使效率下降,在上图中使关断瞬间电流通过D10,R16,D9流向C5,此时类似普通RCD,但当MOS导通时,电容中储存能量不是全部由电阻消耗,而是利用D10的慢管效应,通过R15,R16,D10,R17对C6充电,能量又回到了变压器初级。
⏹UC3842供电电路
对于启动电路由R5~R12和C7构成。
Rst=Vin(min)/Istart(min)=49.2V/0.3mA=164k,取160k
Pd=Vin(max)^2/Rst=638.4^2/160K=2.55W
故用8个20k1/2w电阻串联。
C7在这里兼RC滤波和充电用。
⏹二次方输出电路
⏹TL431反馈
TL431采样电压取自C18之前,因为据说C18会造成纹波,影响反馈电路稳定性。
TL431参考电平为2.5V
R35=Vref/Isense=2.5K,1%
R34=(5V-2.5V)/1Ma=2.5K,1%
R37=[5-(VU2+VLED)]/8mA=137ohms,取120
对R38和C19,1/(R38*C19)=50KHZ
R36=(5V-2.5V)/1mA=2.5K,取2K,保证光耦不导通时,有1mA的电流流过TL431。
⏹光耦反馈端设计和保护电路
对短路和过载的保护,光耦不导通,V1不导通,V2利用C8自举导通拉低Vref,3842停止,其后一直“打嗝”,起到保护作用。
对于R30和R31的值不是很肯定,R28,C11构成比较放大,具体算法想进一步了解。
⏹过流保护
通过采样电阻采样MOS管源极电流并反馈到3842电流采样脚,如过流Vis>=1V,3842“打嗝”。
Rsa=1V/Ip=0.16ohms,7w用6个1ohms/2W电阻并联替代。
R29与C10是延迟电路,避免宽输入电压范围造成的不稳定,给一个0.7uS的延时。
Rf=Td/Cf=700ohms取680ohms
⏹定时电路
Rt=R27=33K>5K
Ct=1.72/(50000×33000)=1000PF
⏹MOS管驱动电路
MOS管采用耐900V6A的IXFH6N90,R24用22ohms,限流用,R25起稳定作用,C1用220pF1kV陶瓷电容,起降低开关瞬间电压变化率。
这里本来用RCsnubber保护,可以降低EMI,但是设计较难。
⏹LDO
⏹电池备份
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