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工程师设计实录:电源的实际设计过程

不管是在工作的实验室里埋头苦干,还是下班后在自己小单间的实验台上,都少不了电源的影子。电源的种类很多,LDO,ACDC,DCDC等等。其中常见的一款ACDC电源设计比如flyback。


设计一款flyback电源,应该知道flyback拓扑结构和本身的最大应用功率,宽电压输入范围,和输出电压和功率参数等,还有就是保护的性能和安规问题。


下图是一个简易的flyback拓扑结构、设计参数、变压器的实物图:




输入电压是185V-265VAC, Vg输入电压整流后的电压。输出电压24V是变压器次级电压整流滤波后电压。功率120W是由变压器提供的能力。


开关频率是由电源芯片决定,占空比由计算决定,所以这里选择的电源芯片是ti公司的XX84系列的。2843,2844是比较老的方案的芯片。其中像现在的3843,3844也是比较普遍使用的方案。这里就是以2844和3844作为本次设计的PWM产生的电源芯片。

变压器的图纸如下图识:



变压器是经过基本计算出来,其中变压器主要的参数也如图片所示,使用的是三明治绕法。居于保密不提供全部。


接下来就是看电源的IC:
到了TI的官网,使用WEBENCH® Designer UC2844,也一样可以得到整个方案。如下图所示:

这里面整个电路就是由基本分组成:

1、进电的滤波、一部分EMI处理和全桥整流。
2、后面就是给电源IC供电和电源IC工作环境。

3、电源IC工作配置的参数有,频率和占空比,电流采样和补偿电路。

4、补偿电路就是输出电压电阻分压和一个基准电压的比较,达到基准电压的前后对比,和稳压后的过程;前级就是三极管作为充电后开启的过程,就是一根导线的过程,后面就是电势差大小和使得光耦导通反馈的过程。

5、变压器的开启PWM电路和反电动势吸收电路。其中就是开关管位置波形很重要,可以测得很多信号,漏感等。

6、变压器次级的整流CLC(pi型滤波)电路。


一个基本的flyback电源设计如此,实际上一个好的电源设计是很复杂。所谓一个可以使用的电源和一款好的电源就是天差地别。


XX84系列的芯片内部:


1、 电源和供电,34V内,过压保护,和欠压不工作
2、 提供了内部稳压电源
3、 RT/CT提供了频率和占空比的大小。
4、 反馈电压电压(有时候接地)和2.5V比较,输出光耦反馈,2.5V后经过两个压降和分压,和取反后电流采样比较,比较好像通常是在1V左右。
5、 后级是一个推挽电路输出驱动NMOS了。

实际电路部分EMC电路:

1、输入差模、共模、浪涌和过(热)流处理


2、开关管的安规驱动


3、补偿电路的反馈


实际设计过程还要进行仿真和计算,仿真软件如simplis(专业的开关电源仿真软件)、saber、psim等等,有自己的使用的得心应手的软件就好。首先是功率决定拓扑结构、电源芯片的方案。后面麻烦的就是电感和变压器磁性元件的设计,频域分析、补偿电路的搭建等等。

回帖(3)

99714836

2021-12-28 15:07:49
实实在在说确实如果想要设计一款优秀稳压电源,确实需要考虑远不止这些因素,还需要在满负载各种温度环境下进行真实老化试验,要不然出厂产品后是不是能够在各种外环境下稳定工作就会会无法保证,如果完整试验满足实际要求就能够安全出设计产品呢.
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诚0205

2021-12-29 08:59:22
学习了,谢谢!
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大白菜锅锅

2022-3-4 19:14:54
感谢分享   学习学习
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