逆向思維設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源，采用與一般教科書相反的設(shè)計(jì)思路，重要的是思想。
模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源，全方位精確計(jì)算主電路模塊、控制電路模塊、環(huán)路模塊、EMI模塊。以反激為例，采用mathcad軟件全面精確計(jì)算，如何最優(yōu)化設(shè)計(jì)之？你是喜歡花較多時(shí)間坐在電腦前設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源參數(shù)，然后僅僅花少量時(shí)間坐在實(shí)驗(yàn)桌前調(diào)試開(kāi)關(guān)電源？還是喜歡反之？相信更多人喜歡前者，我也是如此。其實(shí)90%的電源設(shè)計(jì)都可以在電腦前完成，而在實(shí)驗(yàn)桌前需要完成的只是僅占10%的電源設(shè)計(jì)。
本次分享主要分為三部分：
一、項(xiàng)目背景篇
二、AC-DC整流部分講解篇
三、DC-DC部分講解篇
接下來(lái)將以一款反激電源為例，揭示如果精確計(jì)算開(kāi)關(guān)電源的每一個(gè)器件參數(shù)，以及如何最優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源。將要設(shè)計(jì)的電源指標(biāo)為：
輸入：交流90-264V，50Hz
輸出：24V3.5A，8V1.2A
以下分別計(jì)算主電路、控制電路、環(huán)路、EMI，以確定所有器件參數(shù)。
首先計(jì)算主電路參數(shù)：
根據(jù)電源指標(biāo)：
- 輸入電壓：Ui=90-264V
- 輸入頻率：fi=50Hz
- 輸出電壓：Uo=24V, 8V
- 輸出電流：Io=3.5A, 1.2A
計(jì)算：
- 輸出電阻：Ro=Uo/Io
- 輸出功率：Po=Uo*Io假定效率η=85%，計(jì)算：
- 輸入功率：Pi=Po/η
采用mathcad軟件可自動(dòng)計(jì)算，將繁瑣的計(jì)算任務(wù)交給電腦處理，則以上計(jì)算如下圖所示：
主電路分2部分：
- AC-DC整流部分，即輸入交流電壓Ui-母線電壓Ug部分
- DC-DC部分，即母線電壓Ug-輸出電壓Uo部分
AC-DC部分：首先要確定母線電解電容的容值
這個(gè)怎么選？有些人會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇輸出功率的3倍作為容值，比如輸出30W，就選100uF的電容（30*3=90uF）。這樣選擇，誤差較大，而且僅適合全輸入電壓范圍的電源，如果不是全輸入電壓范圍，就無(wú)參考意義。
這里根據(jù)等效原理圖來(lái)計(jì)算如何選擇，如下圖：
- 整流橋?qū)▍^(qū)：當(dāng)輸入電流大于0A時(shí)，即ii>0A時(shí)，輸入電壓源通過(guò)D1、D2（負(fù)半周為D3、D4）給電容C充電，同時(shí)給恒功率負(fù)載供電，所以u(píng)g=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t)；
- 整流橋截至區(qū)：當(dāng)輸入電壓的絕對(duì)值小于母線電壓時(shí)，即|ui|<ug，電容C放電，給恒功率負(fù)載供電，所以ic=C*dug/dt即ug=ug0+(1/C)*∫ic*dt。
具體計(jì)算過(guò)程如下：
- 假定C的容值；
- 計(jì)算由導(dǎo)通區(qū)轉(zhuǎn)為截至區(qū)的時(shí)刻t0（即輸入電流=0A的時(shí)刻）與此時(shí)刻的ug（ug0），根據(jù)方程：ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug=0A；
- 計(jì)算截至區(qū)的時(shí)間△t=t1-t0與t1時(shí)刻的ug（ug1），根據(jù)方程：0.5*C*(ug1^2-ug0^2)=Pi*△t；其中ug1=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t1)；
- 根據(jù)母線波谷電壓ug1與紋波電壓△ug=2^0.5*Ui-ug1，判斷所選C是否合適
示意波形圖如下，示意波形圖取自saber軟件：
母線波谷電壓ug1過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致占空比變化過(guò)大，使電源無(wú)法正常工作。母線紋波電壓△ug過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致輸出電壓紋波過(guò)大。而反之，則需要使用更大容量的電解電容，導(dǎo)致電源成本上升。
綜上，需要折衷考慮。
以上計(jì)算的mathcad計(jì)算過(guò)程如下圖所示：
如果將容值Cp改變，mathcad會(huì)自動(dòng)計(jì)算，所得結(jié)果△ug可能就過(guò)大而不合適，或過(guò)小而造成浪費(fèi)。比如改小CP=100uF如下圖，可以看到ug1=49V太小而不合適。
將導(dǎo)通區(qū)與截至區(qū)的電壓波形統(tǒng)一，即得到mathcad如下圖形。并且計(jì)算了一個(gè)工頻周期里的平均值，作為后續(xù)計(jì)算損耗的計(jì)算值。
并根據(jù)母線電壓波形，計(jì)算輸入電流ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug；作為后續(xù)輸入保險(xiǎn)等的選擇依據(jù)。
