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低电磁干扰开关电源的实现方法

2010-04-041730陈庭勋 王建行 胡佳文现代电子技术

2 主要器件参数的设定

2.1 确定变压器参数
   
电路的正激励电压U为300 V,根据芯片的反向耐压参数和可靠性要求,反激电压设为200 V。开关周期为10μs,因此,其中正激励时间为t1=4.0 μs,反激励时间为t2=6.0 μs。按照15 W反激励输出功率计算,每一个周期里变压器储能应该达到150μJ,即Li1m2=300μJ而Lilm=U1t1,所以有:
   
式中:i1m为变压器初级线圈的最大电流值(单位:A)。可以算得变压器初级绕组的电感量L0应该达到4.8 mH。若该电感量取得再大一些也可以,只是反激励能量会减小,要更多地依靠正激励输出。
    对于变压器初级绕组的匝数.按照40 W输出功率的要求,变压器可以采用E128锰锌铁氧体磁芯,其平均磁路长度为56 mm,中心磁芯截面积Ae1为77 mm2。这一规格的变压器为了避免磁芯出现磁饱和,初级绕组的最少匝数为:
   
    Bmax是变压器磁芯允许的最大磁感应强度。为了达到4.8 mH电量的初级绕组匝数:

   
    显然,绕制75匝磁路闭合时已接近磁饱和状态。为了可靠起见,增加初级绕组匝数,控制在80~100匝间,这里取为100匝。同时,在磁路中设置气隙以增加磁路磁阻Rm。气隙厚度通常根据实际测试情况确定。这类单极性激励电路将变压器输出绕组设计成不对称结构。根据输出20 V输出电压的限制,输出绕组n4反激电压定为21 V,变比n=200:21=9.5。反激励输出绕组n4的匝数根据变压比可确定为各11匝;输出绕组n3正激电压定为20/0.4=50 V。正激励输出绕组n3的匝数为100x 50/300=16匝;反馈电压采用反激励输出,以稳定输出电压值。按照200:15计算,绕组的匝数为8匝。按照以上这些参数,合理绕制变压器。

2.2 确定第一级滤波电感参数
    第一滤波电感的电感量确定原则是:在变压器的正激励期间,滤波电感中形成的励磁电流i4足以维持变压器雄姿磁芯中励磁的需要。如果是大电流输出,按连续滤波考虑,L4的电感量取值为:
   
式中:n是变压器的反激匝比,在此为9.5;U1是原边正激励电压;U2是副边正激励电压;U0是电源输出的直流电压。如果是小电流输出,按断续滤波考虑,L4的电感量为:
   
    考虑不同输出电流均能符合续流要求,第一滤波电感L4的电感量可以取为45μH,这一电感量不能取得过小。
    滤波器磁芯的材料一般采用粉芯磁环,它比铁氧体磁芯的储能值大。若选用φ22铁粉芯磁环,其平均磁路长度为50 mm,磁芯横截面积Ac2为6×11 mm2,相对磁导率为70。达到50μH的线圈匝数为:
   
    滤波器不饱和最大工作电流与磁芯材料的关系为Imax=(BmaxAe2Rm/N)=(Bmaxl/μ0μτN)。由此算得允许的最大工作电流为16 A,远大于电源的实际输出电流,不会出现磁饱和,可以放心使用。该滤波实际在φ22铁粉芯磁环上绕26匝,实测为0.048 mH。

2.3 确定其他主要元件参数
   
第二级滤波电感器也采用同规格的铁粉芯磁环,在不出现磁饱和的条件下,电感量以大为好,一般要达到100μH以上。
    滤波电容的容量在体积与成本许可的条件下,以大为好,一般取1 000μF左右。而且要将电解电容器与高速的CBB电容顺联合使用,以提高高频脉冲的滤波能力。
    高频整流二极管应采用快恢复管或者肖特基管,否则,开关噪声还是难以消除。各二极管的最大整流电流值在2 A以上,反向耐压参数在80 V以上。为了降低共模传导和辐射骚扰,开关电源在装配时应该保证高频交流信号共地结构,采取有效的电磁屏蔽等措施。

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