【后奕DIY】 用一款后奕MOS管設計一個雙管正激式360W的開關電源。
1、方案名稱
360W雙管正激式開關電源。
2、簡介、設計思路
電源拓撲采用雙管正激式，輸入交流電壓范圍：176~264Vac，額定電壓220Vac。輸出直流電壓和電流DC:24V/15A。
電路有輸出過壓保護，過流保護，短路保護；輸入有電流，電壓保護，防雷擊等。溫度控制保護等；采用半灌膠散熱的防雨電源，用在LED驅動的開關電源，恒壓輸出。
3、需要的后羿器件名稱及每種樣品的大致用途
其中雙管正激的MOS管選擇后羿HY65R201兩個。用在拓撲電路的開關管。
大家好：
首先感謝電源網給我們電源工程師的這個平臺，可以交流和互相學習電源知識，后羿半導體的DIY有獎活動，在此進一步學習雙管正激式開關電源，與大家一起分享。純屬本人原創，有不妥之處請大家多多指點，謝謝！
開關電源的設計
一．開關電源的組成
1 輸入回路：輸入電壓，輸入電流保護，輸入電壓保護，浪涌雷擊保護，EMC濾波電路，整流濾波電路等。
2 變換電路：即拓撲結構（變壓器的初級），開關管（MOS管）等。
3 輸出回路：變壓器的次級，輸出整流濾波電路等。
4 控制回路：PWM輸出，反饋電路，輸出過壓保護電路等。
5 其他電路：輔助電源，啟動電路，溫控電路等。
二． 開關電源的框圖
三． 拓撲結構（雙管正激式）
工作原理： 雙管正激式的特點：Q1，Q2兩個開關管同時導通，同時截止。
1 當Q1，Q2兩個開關管同時導通時，電壓VIN+的電流通過Q1，變壓器T1的初級（上正下負），Q2，EC1形成回路；此時變壓器的T1的次級的同名端（上正下負）通過D3，L1，EC2形成回路即向L1充電，L1電感（左正右負）L1存儲能量，并向負載通過提供輸出電壓Vo+，而二極管D1，D2，D4反偏截止；
2 當Q1，Q2兩個開關管同時截止，由于電感的特性：電感電流不能突變。同時電感產生感生電動勢（下正上負），感生電動勢通過D1，EC1，D2形成回路，并向EC1充電，此時變壓器的T1的次級的同名端（下正上負），二極管D3反偏截止；由于電感L1的電流不能突變的特性，L1產生感生電動勢（右正左負），感生電動勢的電流通過L1，EC2，D4形成回路，D4稱為續流二極管，L1稱為儲能電感，此時并向負載通過提供輸出電壓Vo+。
四． 360W雙管正激式開關電源的原理圖，PCB，BOM清單
1 原理圖SCH
2 PCB
3 BOM清單
下次和大家一起學習，360W雙管正激式開關電源的設計和計算。
今天和大家一起學習變壓器和電感的計算，有不妥之處，多多指點，謝謝。
五．360W雙管正激式開關電源的設計和計算
1 變壓器的計算
1） 輸入電壓：設輸入電壓為220VAC±20％，即176~264VAC。
為了提高輸入電壓范圍， 令ACmin=170VAC，則UBUSmin=170*√2-30=210VDC
設電壓紋波為30VDC。
2) 輸出參數： 輸出電壓Vo=24V，輸出電流Io=15A，輸出功率Po=360W。
設效率η=88％，可計算輸入功率Pi=Po/η=360/0.88=409W。
3） 工作條件： 設工作頻率f=80KHz，則周期T=1/f=1/80KHz=12.5us，
設最大占空比Dmax=0.4， 開通時間Ton=D*T=0.4*12.5=5us，
關斷時間Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。
4） 磁芯AP值計算 （材質為PC40）
AP(T℃)=[(Po*10^4)/(η*Ku*Kp* T℃*ΔB*2*f)]^1.143 （cm^4）
設Po=360W，η=88％，f=80KHz，ΔB=0.15。
Kt=0.71，Ku=0.45，Kp=0.6。
T 25℃=395，T 30℃=450，T 40℃=468，T 50℃=569。
AP(T50) =[(360*10^40)/(0.88*0.71*0.45*0.6*569*0.15*2*80000)]^1.143
=(360/230.37)^1.143=1.56^1.143=1.66 cm^4
查表：Ae=196mm^2 ， Aw=220mm^2，AP=4.3cm^4。 選PQ35/35磁芯
5) 初級線圈匝數：Np=(UBUSmin*Ton)/( ΔB*Ae)
=(210*5)/(0.15*196)=1050/29=36.2
取36匝
6）初級線圈線徑：IPmax=(Pi+Po)/UBUSmin
=(409+360)/210=769/210=3.66A
電流有效值：Irms=Ip*√Dmax
=3.66*√0.4=3.66*0.63=2.3A
由面積公式S=π*r^2， 直徑φ=2*r， 由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2
初級線徑φ=2*√[Irms/(J*π)]
=2*√[2.3/(5*3.14)]=2*√2.3/15.7=2*√0.15=2*0.39=0.78mm
使用直徑0.2mm的線4股并繞
7）次級線圈匝數： 設工作在連續模式
設Us為次級電壓，Ud為二極管端電壓 等于0.7V
由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)
Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V
次級線圈匝數Ns=(Us*Np)/UBUSmin
=(60.7*36)/210=2185.2/210=10.4
取10匝
8）次級線圈線徑：
電流有效值：Isrms=Io*√Dmax
=15*√0.4 =15*0.63=9.5A
由面積公式S=π*r^2， 直徑φ=2*r， 由J=4~6A/cm^2，取J=5A/cm^2
次級線徑φ=2*√[Isrms/(J*π)]
=2*√[9.5/(5*3.14)]=2*√(9.5/15.7)=2*√0.61=2*0.78=1.56mm
使用直徑0.2mm的線8股并繞
9) 初次級匝比：n=Np/Ns
=36/10=3.6
取n=4
2 輸出電感的計算
1） 電感量L的計算
設最大占空比Dmax=0.4， 開通時間Ton=D*T=0.4*12.5=5us。
截止時間Toff=T-Ton=12.5-5=7.5us。
設Us為次級電壓，Ud為二極管端電壓 等于0.7V
由D=Ton/T=Uo/(Us-Ud)
Us=(Uo/D)-Ud=(24/0.4)-0.7=60+0.7=60.7V
ΔI=0.125*Io
= 0.125*15=1.88
兩種計算方法： 導通時L=(Us-Uo)*Ton/ΔI
截止時L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI
導通時L=(Us-Uo)*Ton/ΔI
=(60.7-24)*5/1.88=36.7*5/1.88=183.5/1.88=97.6 uH
截止時L=(Uo-Ud)*Toff/ΔI
=(24+0.7)*7.5/1.88=24.7*7.5/1.88=185.25/1.88=98.5 uH
兩種計算的誤差不大。
2） 環形程序選擇
選擇L=97.6uH， 由Llo=Io=15A
磁芯存儲的直流能量 L*Io^2=97.6*10^(-6)*15^2=97.6*10^(-6)*225=0.021960 mAH^2
查得 Ue,Al的值
3） 計算匝數
由L=Al*N^2 得
N=√（L/Al）
=√(97.6*1000)/Al
4) 空載和直流點磁導率的調整
H=(Ilo*N)/l l為平均磁路長度
l=2*π*[(r外徑-r內徑)/2+r內徑]
所以 H=(Ilo*N)/l=
5) 電感線徑的計算
Ismax=Io+ΔI
=15+1.88=16.8 A
Isrms= Ismax*√Dmax
=16.8*√0.4=16.8*0.63=10.58 A
電感線徑φ=2*√[Isrms/(J*π)]
=2*√[10.58/(5*3.14)]=2*√(10.58/15.7)=2*√0.66=2*0.82=1.64mm
使用直徑0.2mm的線8股并繞
6） 輸出電容的計算
1電容量
ΔV=0.03V （表示電容最小，ESR引起的紋波不小于0.03V）
T=12.5us ΔI=1.88A
由公式 ΔV=(ΔI*T)/(8*Cmin)
得 Cmin=(ΔI*T)/(8*ΔV)
=(1.88*12.5)/(8*0.03)=23.5/0.24=97.9 Uf
2 ESR電阻
Resr理論=ΔV/ΔI
=0.03/1.88=0.016 R
設 f=120Hz，C=2200uF，D=0.053
ty^(-1)=2*π*f *C*Resr
Resr=
電容并聯的個數n=Resr/Resr理論
7） BUS 電容容量的計算
Po=360W， η=88℅, Pi=409W
交流電壓最小時，BUS電容一次灌能量為：
Ebus1次=Cbus*Ubusmin^2/2
交流電壓一個周期，灌2次能量為：
Ebus1次=2*CBUS*Ubusmin^2/2=Cbus*Ubusmin^2
BUS電容傳輸的功率為：
Pbus= Cbus*Ubusmin^2*60=Pin
得Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)
當 ACmin=170VAC，則UBUSmin type=170*√2-30=210VDC
Cbus= Pi/(Ubusmin^2*60)
=409/210^2*60=409/44100*60=409/2646000=409/2.646uF=154.6uF
選取150uF
最后就是找元件，焊接板子，調試測試電路。
