的干扰信号。R939为虚拟负载。
R963D943T901C947R939C96363.5v
图 2-19 输出电压电路
在输出电路中,对所需的整流二极管也有一定的要求，它必须具有正向压降低、快速恢复的特点,还应具有足够的输出功率。普通的PN结二极管不适于作为开关使用。主要是因为它们恢复得慢,并且效率低。因此,我们选择高效超快恢复二极管。
超快恢复二极管具有适中的和较高的正向压降。其范围是从0.8V~1.2V。这种整流二极管还应该具有较高的截止电压参数。因此,它特别适合于在输出小功率的电源电路中使用。
由于本次设计的隔离式开关电源工作频率在20kHz以上,比起一般的整流二极管,高效超快恢复整流二极管的反向恢复时间减小到了ns级。因此,大大提高了电源的工作效率。在选择快速恢复整流二极管时,其反向恢复时间参数trr至少应该比开关晶体管的上升时间低三倍。
这种整流二极管还减少了开关电压尖峰。而这种尖峰直接影响输出直流电压的纹波。虽然某些称为“软”恢复型整流二极管的噪音较小,但是它们的反向恢复时间trr较长,反向电流IRM也较大。因而使得开关损耗增大。图2-20说明的是快速恢复型与“软”恢复型二极管的特性。
波形(a)描述的是“软”恢复型二极管的反向恢复部分； 波形(b)描述的是快速恢复型整流管的反向恢复部分。 从图2-20可见,两类不同的整流管的trr和IRM数值有明显的区别。
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高效超快恢复整流二极管在开关电源中作为整流器使用时,是否需要散热器,要根据电路的最大输出功率来决定。一般情况下,这些二极管在制造时允许的结温在1750C左右。生产厂家对其产品都有技术说明,提供给设计者计算最大的输出工作电流、电压及外壳温度等。
5)、过压保护
过压保护如下图2-21所示,在正常情况下,ZD930处于微导通状态,当UC3842的6脚输出脉冲的占空比增大而使输出电压增大时,图2-21中副边绕组的电压也增大,通过R908、D908耦合到稳压管ZD930的负极电压增大,流过ZD930的电流增加到一定程度后,触发可控硅Q930导通,从而使UC3842的1脚电平被拉低,6脚停止脉冲输出,Q901截止,各路电压端停止电压输出。
Q930kAGZD930D908R908T901C9093842PIN13842PIN7
图 2-21 过压保护电路
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第3章 隔离式开关电源的模块设计
由于此类开关电源属于模块化设计，因此本章内容是针对每一模块进行分析与计算，选取适当的元器件。
3.1 开关电源输入回路的设计
1.整流电路的设计
整流电路有电容输入型与扼流圈输入型两种。开关电源一般采用电容输入型整流电路设计方法。
输入电容C906容量由输入保持时间以及直流输入电压要求的纹波大小决定,而且流经电容的纹波电流在电容允许范围内,C906的纹波电流对电源寿命有很大的影响,应特别注意。流经直流输入回路的平均电流Idc为:
Idc=Idc*Dmax=(I1p+I1b)/2*Dmax=(3.9+2.34)/2*0.4=1.25(A)
进行输入回路设计时,有必要现假定C906值,据过去经验,C906=(400~600)*Idc,若取中间值,则C906=500*1.2=600(?F)可求出交流输入电压E1与直流输入电压V1的关系,电容的负载电阻RLC为
RLC=V1min/Idc=105/1.25=84(?)
W*RLC*C906=2*?*f*RLC*C906=2*3.14*50*84*600*10-6=15.8 若设输入串联电阻Rs为3.3?,则 Rs/RLC=3.3/84=0.04
根据电容并联型整流电路电压系数图,可知V1/E1=1.17 则
V1min=90*1.17=105(V) V1max=21/2*E1max=21/2*264=373(V)
Iac交流输入(整流器)电流有效值,Iac为交流输入(整流器)电流峰值。因为是全波整流,有:
K*W*RLC*C906=2*15.8=31.6 Rs/K*RLC=3.3/2*84=0.02
由整流器与输出平均电流间的关系有 Iac/Idc=1.3,得
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Iac=1.3*Idc=1.3*1.25=1.6(A)
由整流器的峰值电流与输出平均电路的关系有 Idcp/Idc=4,则 Iacp=4*Idc=4*1.25=5(A)
由Q=W,输入电容的纹波电压Vcr为: Idc*t=C906*Vcr,则 Vc=Idc*r/C906=1.25*7*10-3/600*10-6=14.6(V)
式中,t为整流器非导电时间,50Hz全波整流约为7ms,采用此值,求流经C906的纹波电流Iclrms。对于市电交流频率与振荡频率时分别计算电容C906的纹波电流。
市电交流频率的纹波电流Ir1为: Ir1=1/T*（Iac） 因输入电流平均值供给负载侧,因此 Ir1=[(Iac)2-(Iaca)2]1/2
Iaca为交流输入电流半周期的平均值,若设整流器的导电时间为3ms,对电容进行充电电流波形近似三角波
Iaca=Ton/(T/2)*1/2*Iacp
2
式中,T与Ton分别是市电周期与导电时间,50Hz全波整流时,T=20ms,由式 Iaca=Ton/(T/2)*1/2*Iacp有Iaca=3/10*1/2*5=0.75A 由式 I=[(Iac)2-(Iaca)2]1/2=[(1.6)2-(0.75)2]1/2=1.4(A) 再求振荡频率的纹波电流Irh。流经开关部分的电流有效值 Irms=1/T*Ton
式中,T与Ton分别为振荡频率的周期与导电时间.则 Irms=Ids*(Ton/T)1/2=3.12*(8/20)1/2=1.95(A) 振荡频率的平均电流也直接供给负载,因此
Irh=[(Irms)2-(Idc)2]1/2=[(1.95)2-(1.25)2]1/2=1.5(A) Icrms=[(Ir1/K1)2+(Irh/K2)2]1/2
式中,K部为100Hz时允许纹波电流系数,K2为50Hz时允许纹波电流系数。
采用日本电解电容SMH系列,耐压400V,容量为150?F。当120Hz时K1为1,K2采用50kHz 时值为1.4,据
Icrms=[(Ir1/K1)2+(Irh/K2)2]1/2
有Icrms=[(1.4/1)2+(1.5/1.4)2]1/2=1.76
如果使用电容器外壳大小为35*25,850C时允许纹波电流为2.0A时完全满足。
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最后求出整流器功耗Prf因是全波整流,采用整流桥D5SBA40。 Prf=Iacp*VF/(31/2)*Ton/T*4
式中T为市电交流周期,50Hz时T=20ns,Ton=3ns,则 Prf=5*105*3*4/(20*3)=1.8(W)
整流桥承受的反压是交流输入电压最大值的?2倍,此处为264*21/2=373V,选用400V整流桥就可。
2.冲击电流抑制回路的设计
开关电源一般采用电容输入型回路,在交流输入接通的瞬间要对电容器进行充电,为了对输入回路的通断,用输入保险丝,整流器等进行保护,同时为了要减少对其它电子设备造成恶劣影响,因此需要接入冲击电流抑制回路。在交流输入电压最大,相位为900时,冲击电流出现最大值。在规定的时间间隔时输入电压进行通断时,输入电流达到稳定状态之前,流经的最大瞬时电流为冲击电流。在受开关电源的承受能力所限下,峰值一般达到30A~50A。
冲击电流抑制回路实例如上图3-1所示。
此设计中采用功率热敏电阻,取冲击电流峰值为40A输入电压峰值E1p=20.5*261=360V,则热敏电阻需瞬时接入R=360/40=9?,此热敏电阻选SP15008其电气特性为:在常温下其阻值为8?+15%,在周围环境温度为1000C以上时流过的电流Imax=5A,能够满足要求。 3、输入滤波回路的设计
输入滤波回路有两种作用:其一, 是抑制开关电源产生的噪声反馈到电源。其二, 是
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