正激式開關電源

正激式開關電源和反激式電源最明顯的區(qū)別就是變壓器，在反激式開關電源中，我們知道變壓器主要起的作用就是儲存能量，類似于一個電感；而在正激式開關電源中，變壓器起的是傳輸能量的作用，當然反激式和正激式的重要區(qū)別是使用的場合，反激式一般我們使用在20~100W的小功率開關電源線路中；而正激式開關電源我們可以使用于50~250W的低壓。大電流開關電源。
         設計一個正激式開關電源，就像我們之前說的研發(fā)首先提出需求，然后根據(jù)具體情況來進行設計，那我們就以一款簡單的5.5V/20A的來作為例子說明一下正激式開關電源的設計流程和各個參數(shù)的計算。
         簡易圖紙如下圖所示：


         首先我們要明確電源的一些技術指標：輸入電壓：Vin=220V；電壓變化范圍：106~235V；輸入頻率：f=50Hz；輸出電壓：Uo=5.5V；滿載電流：Io=20A；輸出功率Po=110W。
         我們由工作的頻率可以計算出電源的周期T=1/f=5uS;對于正激式開關電源，我們一般占空比的范圍為40%~45%之間，那我們就選擇45%來計算，可以得到最大導通時間Ton(max)=5*0.45=2.25uS。
         接著我們要計算變壓器的二次繞組輸出電壓和匝數(shù)比，從上圖的簡易圖我們可以看出在開關管導通時，變壓器二次繞組電壓U2等于輸出電壓Uo加上電感消耗電壓UL再加上二極管VD1消耗的電壓UF，所以我們可以簡單的將變壓器二次繞組的輸出最低電壓寫成：U2（min）=（Uo+UL+UF）*T/Ton=（5.5+0.3+0.5）*5/2.25=14V。
         由于正激式變壓器只起到傳輸能量的作用，所以我們可以認為一次繞組繞組N1和二次繞組N2的比值等于變壓器的一次繞組電壓U1和二次繞組U2的比值，可以寫成N=U1/U2；根據(jù)我們的上面的輸出電壓范圍在106V~235V之間，我們可以得到U1=200~350V；所以我們可以取U1（min）=200V，所以N=200/14=14.3。
         由N=U1（min）/U2（min）及U2（min）=（Uo+UL+UF）*T/Ton我們可以得到N=U1（min）*D（max）/(Uo+UL+UF)；又因為變壓器的一次繞組匝數(shù)N1和磁通密度之間存在以下關系：N1>=(U1(min)*Ton(max)*10000)/（Bm*S）；根據(jù)輸出功率與磁芯尺寸之間的關系，我們選擇EI-28磁芯；其有效橫截面積S=85平方毫米；磁通密度在100°C下時Bm=3000高斯，但是因為我們設計的電源是正激式，屬于單向激勵，所以要預留磁復位的余量，所以我們取Bm=2000高斯。
         將數(shù)據(jù)代入上式中，我們可以得到N1=26.5,我們取27匝，根據(jù)N2=N1/N得到N2=2匝;。
         再根據(jù)計算出來的匝數(shù)，我們可以得到準確占空比D（max）=（Uo+UL+UF）*N/U1（min）=(5.5+0.5+0.3)*13.5/200=42.5%；也就是說變壓器的一次繞組N1=27，二次繞組N2=2；電源最大占空比D（max）=0.425；開關管最大導通時間Ton(max)=2.1uS；二次繞組輸最低電壓U2（min）=14.8V。
         接下來就要計算輸出電感L1電感量L=[【U2（min）-（UF+Uo）】*Ton（max）]/IL；因為輸出電流Io=20A；一般我們選擇的流過電感的電流IL為輸出電流Io的10%~30%；我們取中間值20%，那么流過電感的電流IL=0.2*20=4A；將4A代入上式，可以算出電感量L=（14.8-0.5-5.5）*2.1/4=4.6uH。