片的 1 脚将使电源获得软启动的功能。芯片输出的开关波形受到芯片 1 脚上电压的限制,将这个电路连接到 1 脚后, 1 脚上的电压就被 C21 上的电压所箝位。 C21 是在芯片开始工作,有了参考电压输出以后再通过一个1MΩ的电阻充电,这样直到 C21 上的电压达到 4.1V 之前,都会对芯片的开关波形有影响。例如上面电路 C21 充电到 4.1V 用时大约是 80ms,也就是说电源的输出是在 80ms 内平稳上升的,这样可以避免在电源刚开始工作时,由于没有电压反馈,而造成芯片以大占空比工作而导致的输出过冲;此外如果负载短路使得芯片保护而 Vref 消失,此时 C21 通过电容D10 迅速放电,并在 Vref 恢复后再次开始软启动的过程。这样在负载短路时电路就会处于所谓的“打嗝”状态而受到保护。
尽管负载短路会使得输出电压为零并使得芯片处于打嗝状态,但是如果正好使输出电流较大但又不至于使芯片保护,电源会一直工作在最大占空比的状态,最终烧毁变压器、次级整流二极管等,一旦这些部件烧毁,那芯片开关管烧毁,标准的保护方法是对输出电流进行采样,并把采样值放大后通过光耦反馈到芯片的 1 脚上去,一旦电流超过限定值就把 1 脚的电压拉倒到地上,从而关掉开关波形的输出。
变压器设计
变压器设计永远是开关电源设计的门槛,能独立设计变压器,才算进了开关电源设计的门啊。这里我不打算详细地介绍原理,只用直接的方式给出变压器设计工作的流程和相关的公式。 首先是流程: 确定以下数据
以下分别介绍:
步骤 1:确定输出功率,最小输入电压,和占空比。输出功率要适当考虑
电源的效率,如果最为试验当然可以追求很高的效率,但是作为量产的电源把效率设置在 75%~80%还是比较合理的;最小输入电压要为输入电压的波动留足够的空间,占空比前面讲过,选 45%。据此,可以由公式 1 计算出原边的峰值电流。 公式 1:
当峰值电流决定后,限流电阻也就可以确定,芯片限流的比较值是 1V: 公式 2:
步骤 2:确定电源的工作频率,公式由 UC3844 的数据手册查到,注意对于 UC3844,开关的频率是振荡器频率的一半。 公式 3:
这里实际是个循环的过程,先选定电容值(电阻值的规格较多,比较好配);然后按照目标频率计算电阻值,在根据计算出来的电阻值选择接近的能买到的电阻,然后再反算能够实现的频率值,最为实际数值进行应用。 步骤 3:计算原边电感量
有了原边峰值电流 Ipk、最小电压 U、占空比 q 和工作频率 f,就可以计算出变压器的原边电感量: 公式 4:
步骤 4 选定磁芯,计算原边匝数和气隙。气隙是必须的,否则变压器很容易就会饱和,一旦变压器饱和,那么接下来就是焰火秀了。
因为国产磁芯基本没有数据可以查,查询 TDK 的磁芯数据。例如采用 EI 型磁芯, 100W的电源一般要 40mm 左右的磁芯,可以以此为开始选择的参考。如果对电源磁芯要多大没有概念,那么就要多算几遍,由于可以用电脑帮助计算,我用 40mm 的 EI 磁芯作为例子说明如何查找计算所需的数据。 首先在 TDK 的网站上找到这个文档: 查找 EI40 磁芯的数据,得到:
再找到这个文档 ,在这个概要文档里查到 PC40 材质的说明:
接下来计算气隙长度: 公式 5(这是一个近似公式):
在这个公式中:
L 是前面计算出来的原边电感量; Ipk 是原边电流峰值;
Bmax 是设计最大磁通量,一般取饱和磁通的 30%,在 PC40 材质表里可以查到 60℃时这个值是 450mT,所以这里用 150mT 计算;