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本帖最后由 bg1trk 于 2019-4-22 09:30 编辑 前一阵子做电子负载，配套的改装电源板功率稍显不足，手上开关电源的相关备件都有存货，于是干脆自己做了一块电源板，这是此次DIY的来由。 水平有限，以下内容如有错误，还请各位老师多多指正。 电源选择用反激拓扑，主芯片用手上的存货TOP246。反激拓扑结构简单，是100W以下功率时常见的选择，TOP246集成了功率开关管，电路能稍微简化一些。 电源主要参数如下： 输入电压 ：AC 180-260V 最小输入电压 ：Vinmin=180*1.2=216V,取整为220VDC 最大输入电压 ：Vinmax=260*1.414=368V,取整为370VDC 输出电压 ：Vout=15V+15V 功率 ：Pout=45W 频率 ：fs=66KHz 效率 ：η=80% 第一步：计算变压器各项参数： 一、计算初级电感量Lp，公式：Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(IPmax-Ipmin)) Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs) 上式中各项参数及含义为： Lp ：初级电感量 Vinmin：最小输入电压，220V Fs ： 开关频率，66KHz Dmax ： 最大占空比，未知 Ipmin ： 初级电感最小电流，未知 Ipmax： 初级电感最大电流。未知 分别计算以上未知量： 1、求最大占空比Dmax，公式：Dmax=Vf/(Vin+Vf) Dmax=Vf/(Vin+Vf) 上式中各项参数及含义为： Vf：反射电压，未知 Vin：输入电压，最大占空比出现在最小输入电压时，此处取Vin=Vinmin=220V。 反射电压Vf为输出电压按匝比反射到初级的电压，Vf与Vinmax相加不能大于MOS管的耐压，否则开关管会被击穿。 反射电压最大可取：Vf=Vds-Vinmax TOP246耐压700V，留30%耐压余量，Vds可以用到约500V。 Vf=Vds-Vinmax=500-380=120V。 将反射电压Vf、最小输入电压Vinmin代入公式： Dmax=Vf/(Vinmin+Vf)= 120/(220+120)=0.35 以上为Dmax的理论计算值，Dmax越大，次级的占空比越小、峰值电流越大，输出波纹也就越大，对MOS的耐压要求也越高。这里优化一下，将Dmax取小一些，暂定为0.31。 2、求初级电感最小电流Ipmin、最大电流Ipmax，公式：Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax) Ipmin+Ipmax=2×Pout/(Vinmin×η×Dmax) 上式中各项参数及含义为： Ipmin ：最小电流，未知 Ipmax ：最大电流，未知 Pout ：输出功率 ，45W Vinmin：最小输入电压，220V η ：效率，80% Dmax ：最大占空比，0.31 反激拓扑基本工作模式有DCM（电流断续）、CCM（电流连续）两种，各有优缺点，以下按CCM计算。 DCM模式，Ipmin=0。 CCM模式的两个未知数，一般选择Ipmax为2至3倍的Ipmin。（Ipmax与Ipmin不宜过于接近）。 这里取Ipmax=3Ipmin IpmIn+Ipmax=2×Pout/(VInmiIn×η×Dmax)=2*45/(220×0.8×0.31)=90/54.56=1.65A IpmIn=0.41A Ipmax=1.24A 3、计算初级电感量Lp，将以上计算所得参数代入最初的公式 Lp=( Vinmin × Dmax ) / ( (Ipmax-Ipmin) × fs) Lp=(Vinmin×Dmax)/(fs×(Ipmax-Ipmin)) = (220×0.31)/(66000×(1.24-0.41)) =1245uH 二、计算初级匝数Np，公式：Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4 计算初级匝数首先要选择磁芯型号，常用AP法选择磁芯，这里就不计算了，按经验选择磁芯型号为ER2828。 Np=[(L×Ip)/(ΔB×Ae)]×10^4 上式中各项参数及含义为： L ：初级电感量（单位H），1245uH，1.245*10^-3H。 Ip ：初级峰值电流（单位A），1.24A ΔB：磁感应强度变化量（单位T），一般定为0.3T Ae： 磁芯截面积（单位cm2），ER2828磁芯的截面积为0.81 cm2 以上参数代入公式： NP=(1.245*10^-3*1.24/(0.3*0.81))*10^4=64T 三、计算次级匝数Ns，公式：Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf Ns=(Vout+Vd)×Np/Vf 上式中各项参数及含义为： Vout：输出电压，15V Vd ：整流管压降，0.8V Np ：初级匝数 64 Vf ：反射电压，120V 以上参数代入公式： Ns=(Vout+Vd)*Np/Vf =(15+0.8)*64/120=8.4匝 取整： Ns=8匝。 四、计算初次级线径 有现成的计算电流有效值软件，暂时找不到了，大概按功率算一下： 初级电流有效值=45/220=0.2-0.3A 次级电流有效值=45/15=3A。 （注：这么算电流有效值严格上说是不合理的） 小功率开关电源，可按每平方毫米5-6A的电流密度选择导线，则线径为： 初级线径=0.276mm 次级线径=0.62mm（次级两组15V输出，每组电流1.5A） 得出线径后按公式S=75/√f核算一下趋肤深度，线径要小于2倍的S，如果超了，要多线并绕。 五、计算次级整流二极管的耐压，公式：VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout 上式中各项参数及含义为： VDR：整流管反压 Vinmax：最大输入电压，370V Ns：次级匝数，8匝 Np：初级匝数，64匝 Vout：输出电压，15V 以上参数代入公式： VDR=Vinmax×Ns/Np+Vout= 370×8/64+15=61.25V 以上计算的是整流管的最小反压值，实际因二极管在反向恢复时存在电压尖峰，VDR取得要大一些，这里靠规格取100V。如果测试时发现电压尖峰过高，还要给整流管加上吸收。 总结一下变压器的计算结果： 变压器磁芯：ER2828 初级电感量Lp：1245uH 初级匝数Np：64匝 次级匝数Ns：8匝 辅助绕组匝数：7匝 初级线径：0.3mm 次级线径：0.62mm 次级整流管耐压：100V 第二步：画电路图和PCB   电路图与芯片资料里给出的典型应用大致相仿，局部稍有修改。总功率45W，设了三组输出，可灵活配置成多种电压组合，方便以后用作其他途径。图中给出的参数是双15V、最大电流1.5A。因有些元器件手上没有备件，图中红色参数是实际装机参数，有些原件的实际装机参数不合理，例如C0、C1、C7、C9、C11，参数偏大或偏小，有条件时要改成正规参数。 PCB略小于50*100mm，拼成100*100的板子，省点打板费。 第三步：绕变压器 下图是变压器结构图：  三明治结构，最内层是初级的第一部分Np1,0.3mm可焊接漆包线。 中间层是次级Ns1、Ns2，0.6mm三重绝缘线，次级与相邻层用三层拉玛胶带做绝缘。 次外层是辅助绕组，与最外层用单层拉玛胶带绝缘。 最外层是初级的第二部分Np2,0.3mm可焊接漆包线，三层拉玛胶带。  设计时磁芯型号ER2828，实际使用的是ER2820。变压器绕好后要磨短中心柱开气隙、调初级电感量，偷懒用垫纸的方式开气隙。  初级电感允许有10%的容差，通过调整气隙宽度调整电感量。设计值1243uH，实际使用两层A4纸时电感量调到1232uH，在误差允许范围内。  用导线短路所有次级测漏感，实际漏感11uH，这个值还不错。 还有一个绝缘测试步骤没拍照片，500V摇表测绝缘电阻在20M欧姆以上，合格。 第四步：焊接调试 打板回来的板子：  100*100的板子，拿到手再自行切割，总共20片。 本着先贴片、后小件再大件的原则逐步焊接元器件。因为本次只需要两路输出，最下面那路输出空置。芯片和整流管的散热器为2mm厚的铝板，尺寸50mm*25mm。焊好后的板子：  元器件焊接前先测试，逐步焊接初步测试，前期做的比较细致，板子焊好后一次上电成功。图为在做满载测试：  环境温度18度，30V、1.5A，45W满功率测试2小时，变压器48度，整流管68度，芯片55度。几个主要发热元件最大温升50度，合格。 波纹什么的还没测，次级滤波电容容量稍小，估计波纹会大一些，150mV左右吧。 |
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