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【原創】精確計算開關電源-最優化開關電源設計大揭秘

逆向思維設計開關電源,采用與一般教科書相反的設計思路,重要的是思想。

模塊化設計開關電源,全方位精確計算主電路模塊、控制電路模塊、環路模塊、EMI模塊。

以反激為例,采用mathcad軟件全面精確計算,如何最優化設計之?

 

環路部分請參看下帖:

【我是工程師】精確計算開關電源-環路是如何計算出來的?

http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1508321.html

全部回復(1439)
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2014-05-04 11:58
@新月GG
主電路分2部分:1、AC-DC整流部分,即輸入交流電壓Ui-母線電壓Ug部分;2、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。

這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。

這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:

1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);

2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

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2014-05-01 15:24

首先計算主電路參數:

根據電源指標:

1、輸入電壓:Ui=90-264V

2、輸入頻率:fi=50Hz

3、輸出電壓:Uo=24V, 8V

4、輸出電流:Io=3.5A, 1.2A

計算:

1、輸出電阻:Ro=Uo/Io

2、輸出功率:Po=Uo*Io

假定效率η=85%,計算:

3、輸入功率:Pi=Po/η

采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:

 

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2014-05-01 11:29
支持!支持!跟著學習!最好推導公式要詳細
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2014-05-01 14:51

你是喜歡花較多時間坐在電腦前設計開關電源參數,然后僅僅花少量時間坐在實驗桌前調試開關電源?

還是喜歡反之?

相信更多人喜歡前者,我也是如此。

其實90%的電源設計都可以在電腦前完成,而在實驗桌前需要完成的只是僅占10%的電源設計。

2
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2014-05-01 14:57

接下來將以一款反激電源為例,揭示如果精確計算開關電源的每一個器件參數,以及如何最優化設計開關電源。

將要設計的電源指標為:

輸入:交流90-264V,50Hz

輸出:24V3.5A,8V1.2A

以下分別計算主電路、控制電路、環路、EMI,以確定所有器件參數。

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hugan
LV.6
7
2014-05-01 20:00
@新月GG
首先計算主電路參數:根據電源指標:1、輸入電壓:Ui=90-264V2、輸入頻率:fi=50Hz3、輸出電壓:Uo=24V,8V4、輸出電流:Io=3.5A,1.2A計算:1、輸出電阻:Ro=Uo/Io2、輸出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,計算:3、輸入功率:Pi=Po/η采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:[圖片] 

頂起,期待后續佳作。

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zhenxiang
LV.10
8
2014-05-01 21:06
@hugan
頂起,期待后續佳作。
頂 新月哥哥 精確的去計算然后按照計算的方向去調試這才是電源設計的正確流程。期待后面對控制環路的計算。
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2014-05-02 07:36
@新月GG
首先計算主電路參數:根據電源指標:1、輸入電壓:Ui=90-264V2、輸入頻率:fi=50Hz3、輸出電壓:Uo=24V,8V4、輸出電流:Io=3.5A,1.2A計算:1、輸出電阻:Ro=Uo/Io2、輸出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,計算:3、輸入功率:Pi=Po/η采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:[圖片] 
頂!月哥一定要堅持下去'這個東西很棒的!期待環路!
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418624722
LV.3
10
2014-05-02 09:05
頂一個
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sweeter
LV.3
11
2014-05-02 19:08
變壓器和環路的優化設計應該是難點,期待更新。
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SKY丶輝煌
LV.10
12
2014-05-02 20:15
@sweeter
變壓器和環路的優化設計應該是難點,期待更新。
我想從正面來個~月哥讓不?我把我的正面設計過程貼出來了?就怕給你刷屏了,哈哈
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阿sheng
LV.4
13
2014-05-02 23:01
@SKY丶輝煌
我想從正面來個~月哥讓不?我把我的正面設計過程貼出來了?就怕給你刷屏了,哈哈

頂,講完了嗎?

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SKY丶輝煌
LV.10
14
2014-05-03 08:33
@阿sheng
頂,講完了嗎?
沒有呢吧,月哥說了,我們的支持和回復就是他最大的動力,大家一定要看帖必回帖~
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nyh20028319
LV.5
15
2014-05-03 15:28

新月GG有沒有mathcad軟件安裝程序?

 

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周燚
LV.2
16
2014-05-03 15:37
繼續啊,看到一半呢,你這個軟件哪里可以下載的
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2014-05-03 15:38
@nyh20028319
新月GG有沒有mathcad軟件安裝程序? 

網上應該下的到吧,用百度搜下先。

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2014-05-03 15:41
@周燚
繼續啊,看到一半呢,你這個軟件哪里可以下載的

才剛起個頭,沒到一半。

明天繼續,今天51假期休息下。望理解。

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SKY丶輝煌
LV.10
19
2014-05-03 15:56
@新月GG
才剛起個頭,沒到一半。明天繼續,今天51假期休息下。望理解。
偷懶
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bft4444
LV.1
20
2014-05-04 11:16
@新月GG
首先計算主電路參數:根據電源指標:1、輸入電壓:Ui=90-264V2、輸入頻率:fi=50Hz3、輸出電壓:Uo=24V,8V4、輸出電流:Io=3.5A,1.2A計算:1、輸出電阻:Ro=Uo/Io2、輸出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,計算:3、輸入功率:Pi=Po/η采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:[圖片] 
期待更新。
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2014-05-04 11:30
@新月GG
首先計算主電路參數:根據電源指標:1、輸入電壓:Ui=90-264V2、輸入頻率:fi=50Hz3、輸出電壓:Uo=24V,8V4、輸出電流:Io=3.5A,1.2A計算:1、輸出電阻:Ro=Uo/Io2、輸出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,計算:3、輸入功率:Pi=Po/η采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:[圖片] 

主電路分2部分:

1、AC-DC整流部分,即輸入交流電壓Ui-母線電壓Ug部分;

2、DC-DC部分,即母線電壓Ug-輸出電壓Uo部分。

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zhangxin1
LV.3
22
2014-05-04 11:47
@SKY丶輝煌
偷懶[圖片]

先頂一下,期待后續更精彩

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2014-05-04 14:02
@新月GG
AC-DC部分:首先要確定母線電解電容的容值。這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:[圖片]1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

具體計算過程如下:

1、假定C的容值;

2、計算由導通區轉為截至區的時刻t0(即輸入電流=0A的時刻)與此時刻的ug(ug0),根據方程:ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug=0A;

3、計算截至區的時間△t=t1-t0與t1時刻的ug(ug1),根據方程:

0.5*C*(ug1^2-ug0^2)=Pi*△t;其中ug1=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t1);

4、根據母線波谷電壓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:

 

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2014-05-04 14:21
@新月GG
AC-DC部分:首先要確定母線電解電容的容值。這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:[圖片]1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

以上計算的mathcad計算過程如下圖所示:

 

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2014-05-04 14:35
@新月GG
具體計算過程如下:1、假定C的容值;2、計算由導通區轉為截至區的時刻t0(即輸入電流=0A的時刻)與此時刻的ug(ug0),根據方程:ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug=0A;3、計算截至區的時間△t=t1-t0與t1時刻的ug(ug1),根據方程:0.5*C*(ug1^2-ug0^2)=Pi*△t;其中ug1=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t1);4、根據母線波谷電壓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:[圖片] 

母線波谷電壓ug1過小,會導致占空比變化過大,使電源無法正常工作。

母線紋波電壓△ug過大,會導致輸出電壓紋波過大。

而反之,則需要使用更大容量的電解電容,導致電源成本上升。

綜上,需要折衷考慮。

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2014-05-04 14:37
@新月GG
AC-DC部分:首先要確定母線電解電容的容值。這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:[圖片]1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

如果將容值Cp改變,mathcad會自動計算,所得結果△ug可能就過大而不合適,或過小而造成浪費。

比如改小CP=100uF如下圖,可以看到ug1=49V太小而不合適。

 

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2014-05-04 15:25
@新月GG
AC-DC部分:首先要確定母線電解電容的容值。這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:[圖片]1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

將導通區與截至區的電壓波形統一,即得到mathcad如下圖形。

并且計算了一個工頻周期里的平均值,作為后續計算損耗的計算值。

 

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2014-05-04 15:29
@新月GG
AC-DC部分:首先要確定母線電解電容的容值。這個怎么選?有些人會根據經驗選擇輸出功率的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,就無參考意義。這里根據等效原理圖來計算如何選擇,如下圖:[圖片]1、整流橋導通區:當輸入電流大于0A時,即ii>0A時,輸入電壓源通過D1、D2(負半周為D3、D4)給電容C充電,同時給恒功率負載供電,所以ug=|ui|=2^0.5*Ui*sin(2*3.14*f*t);2、整流橋截至區:當輸入電壓的絕對值小于母線電壓時,即|ui|

并根據母線電壓波形,計算輸入電流ii=ic+ig=C*dug/dt+Pi/ug;

作為后續輸入保險等的選擇依據。

 

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2014-05-04 16:49
@新月GG
首先計算主電路參數:根據電源指標:1、輸入電壓:Ui=90-264V2、輸入頻率:fi=50Hz3、輸出電壓:Uo=24V,8V4、輸出電流:Io=3.5A,1.2A計算:1、輸出電阻:Ro=Uo/Io2、輸出功率:Po=Uo*Io假定效率η=85%,計算:3、輸入功率:Pi=Po/η采用mathcad軟件可自動計算,將繁瑣的計算任務交給電腦處理,則以上計算如下圖所示:[圖片] 
不錯很好的
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2014-05-04 17:06
頂起~~~~占座學習 哈哈哈
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2014-05-04 17:08
@zhangxin1
先頂一下,期待后續更精彩
原來設計思路,重要的是思想。。張姿勢了
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