利用计算机设计单片开关电源讲座(3)

利用计算机设计单片开关电源讲座(3) 利用计算机设计单片开关电源讲座第三讲单片开关电源设计要点及电子数据表格河北科技大学沙占友庞志峰张苏英（石家庄 050054） 1 单片开关电源的设计要点 1.1 电源效率的选定开关电源效率（η）是指其输出功率（PO）与输入功率（PI）（即总功率）的百分比。需要指出，单片开关电源的效率随输出电压（UO）的升高而增加。因此，在低压输出时（UO=5V 或 3.3V），η可取 75％；高压输出时（UO≥12V）,η可取 85 ％。在中等电压输出时（5V

利用计算机设计单片开关电源讲座第三讲单片开关电源设计要点及电子数据表格河北科技大学沙占友庞志峰张苏英（石家庄 050054） 1 单片开关电源的设计要点 1.1 电源效率的选定开关电源效率（η）是指其输出功率（PO）与输入功率（PI）（即总功率）的百分比。需要指出，单片开关电源的效率随输出电压（UO）的升高而增加。因此，在低压输出时（UO=5V 或 3.3V），η可取 75％；高压输出时（UO≥12V）,η可取 85 ％。在中等电压输出时（5V 方案。 2 电子数据表格的结构在用计算机设计单片开关电源时，需借助于电子数据表格才能完成。这种表格的内容以高频变压器设计为主，其它外围电路及关键元器件参数计算为辅。单路输出式开关电源的电子数据表格共分 6列。A列代表输入和输出的参数。B列中是由用户输入的数据。C列为计算过程中保留的数据，这些数据可作为中间变量，在前、后设计步骤中交叉使用。D列为计算结果。E 列给出的是单位（SI 制）。F列是对参数的说明。举例说明：由TOP222Y构成的7.5V、15W单片开关电源模块，其交流输入电压范围是85V～265V，电压调整率SV=±0.5％（85V～ 265V），负载调整率 SI=±1％（负载电流从满载的 10％变化到 100％），输出纹波电压最大值为±50mV。表 1给出该模块所对应的电子数据表格，可供读者在设计开关电源时参考。需要指出，在设计和使用电子表格时，还可根据实际电路的要求，适当增加一些参数。例如在第 16 行下面插入 TOPSwitch 的极限电流最大值 ILIMIT（max)参数，并注明由此选定的芯片型号，作为新的 17 行，原 17 行就改为 18 行，依次顺延。表中预留出的空行也是专为插入新参数而设置的。表 1设计 7.5V、15W 开关电源用的电子数据表格 A B C D E F 1 输入中间过程输出单位参数说明 2 参数数据保留数据计算结果 7.5V、15W开关电源 3 umin 85 V 交流输入电压最小值 4 umax 265 V 交流输入电压最大值 5 fL 50 Hz 电网频率 6 f 100 kHz 开关频率 7 UO 7.5 V 直流输出电压 8 PO 15 W 输出功率 9 η 80 ％电源效率 10 Z 0.5 损耗分配系数 11 UFB 10.4 V 反馈电压 12 tc 3.2 ms 整流桥响应时间 13 CIN 33 µF 输入滤波电容 14 15 输入 TOPSwitch的变量 16 UOR 85 V 初级绕组的感应电压 17 UDS(ON) 10 V TOPSwitch的漏－源导通电压续表 18 UF1 0.4 V 次级肖特基整流管正向压降 19 UF2 0.7 V 反馈电路中高速开关整流管正向压降 20 KRP 0.92 ％初级脉动电流 IR与峰值电流 IP的比例系数 21 22 输入高频变压器的结构参数 23 EE22 铁氧体磁芯型号 24 SJ 0.41 cm2 磁芯有效横截面积 25 l 3.96 cm 有效磁路长度 26 AL 2.4 µH/匝磁芯不留间隙时的等效电感 27 b 8.43 mm 骨架宽度 28 M 0 mm 安全边距（安全边界宽度） 29 d 2 层初级绕组层数 30 NS 5 匝次级匝数 31 32 直流输入电压参数 33 UImin 93 V 直流输入电压最小值 34 UImax 375 V 直流输入电压最大值 35 36 初级电流波形参数 37 Dmax 51 ％最大占空比（对应于 umin时） 38 IVAG 0.20 A 输入电流的平均值 39 IP 0.74 A 初级峰值电流 40 IR 0.68 A 初级脉动电流 41 IRMS 0.32 A 初级有效值电流 42 43 变压器初级设计参数 44 LP 623 µH 初级电感量 45 NP 54 匝初级绕组匝数 46 NF 7 匝反馈绕组线数 47 ALG 0.215 µH/匝磁芯留间隙后的等效电感 48 BM 0.2085 T 最大磁通密度（BM=0.2～0.3T） 49 BAC 0.0959 T 磁芯损耗交流磁通密度（峰　峰值×0.5） 50 µ 1845 磁芯无气隙时的相对磁导率 51 δ 0.22 mm 磁芯的气隙宽度（δ≥0.051mm） 52 α 16.85 mm 有效骨架宽度 53 DPM 0.31 mm 初级导线的最大外径（带绝缘层） 54 e 0.05 mm 估计的绝缘层总厚度（厚度×2） 55 DPm 0.26 mm 初级导线的裸线直径 56 公制线径 0.280 　 mm 初级导线规格 57 SP 0.0516 mm2 初级导线的横截面积 58 J 0.67 A/mm2 电流密度 J=(4～10A)/mm2 59 60 变压器次级设计参数 61 ISP 7.95 A 次级峰值电流 62 ISRMS 3.36 A 次级有效值电流 63 IO 2.00 A 直流输出电流 64 IRI 2.70 A 输出滤波电容上的纹波电流 65 66 SSmin 0.546 mm2 次级线圈最小横截面积 67 公制线径 0.900 　 mm 次级导线规格 68 DSm 0.91 mm 次级导线最小直径（裸线） 69 DSM 1.69 mm 次级导线最大直径（带绝缘层） 70 NSS 0.39 mm 次级绝缘最大厚度 71 72 电压极限参数 73 UDmax 573 V 最高漏极电压估算值（包括漏感的作用） 74 U(BR)S 42 V 次级整流管最高反向峰值电压 75 U(BR)FB 59 V 反馈电路整流管的最高反向峰值电压

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