我以我們自己的IC進行設計分析說明:基本的反激變換器原理,在需要對輸入輸出進行電氣隔離的低功率<75W~的開關電源應用場合,反激變換器(Flyback Converter)是最常用的一種拓撲結構(Topology)。簡單、可靠、低成本、易于實現是反激變換器突出的優點;后面我將電源的關鍵部分的設計進行說明!
在設計時,我前面有講過開關電源的EMI濾波器的設計;就不再分析濾波器的設計;我先來分析開關電源的安全安規器件的設計。
根據IEC 60384-14,電容器分為X電容及Y電容:
1.X電容是指跨于L-N之間的電容器,
2.Y電容是指跨于L-G/N-G之間的電容器。(L=Line, N=Neutral, G=Ground)
X電容底下又分為X1, X2, X3,主要差別在于:
1.X1耐高壓大于2.5kV, 小于等于4 kV,
2.X2耐高壓小于等于2.5kV,
3.X3耐高壓小于等于1.2kV
Y電容底下又分為Y1,Y2, Y3,Y4, 主要差別在于:
1.Y1耐高壓大于8kV,
2.Y2耐高壓大于5kV,
3.Y3耐高壓 大于3.5KV
4.Y4耐高壓大于2.5kV
開關電源關于X,Y電容應用特點
X,Y電容都是安規電容,火線零線間的是X電容,火線與地間的是Y電容.它們用在電源濾波器里,起到電源濾波作用,分別對共模,差模工擾起濾波作用.安規電容是指用于這樣的場合,即電容器失效后,不會導致電擊,不危及人身安全. 安規電容安全等級 應用中允許的峰值脈沖電壓 過電壓等級(IEC664)X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— 安規電容安全等級 絕緣類型 額定電壓范圍。
開關電源關于X,Y電容絕緣等級
Y1 雙重絕緣或加強絕緣 ≥250V
Y2 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V
Y3 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V
Y4 基本絕緣或附加絕緣<150V
Y電容的電容量必須受到限制,從而達到控制在額定頻率及額定電壓作用下,流過它的漏電流的大小和對系統EMC性能影響的目的。
GJB151規定Y電容的容量應不大于0.1uF。
①工作在亞熱帶的機器,要求對地漏電電流不能超過0.7mA;
②工作在溫帶機器,要求對地漏電電流不能超過0.35mA。
③因此,Y電容的總容量一般都不能超過4700PF(472)。
壓敏電阻的設計選擇應用及測量
壓敏電阻一般并聯在電路中使用,當電阻兩端的電壓發生急劇變化時,電阻短路將電流保險絲熔斷,起到保護作用。壓敏電阻在電路中,常用于電源過壓保護和穩壓。測量時將萬用表置10k檔,表筆接于電阻兩端,萬用表上應顯示出壓敏電阻上標示的阻值,如果超出這個數值很大,則說明壓敏電阻已損壞。
壓敏電阻標稱參數
壓敏電阻用字母“MY”表示,如加J為家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級以上的持續電流,在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用,一般選擇標稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數。
壓敏電阻的標稱電壓選取
一般地說,壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯使用,在正常情況下,壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱電壓,即使在電源波動情況最壞時,也不應高于額定值中選擇的最大連續工作電壓,該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對于過壓保護方面的應用,壓敏電壓值應大于實際電路的電壓值,一般應使用下式進行選擇:
VmA=av/bc
式中:a為電路電壓波動系數,一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85;c為元件的老化系數,一般取0.9;
這樣計算得到的VmA實際數值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態下還要考慮峰值,因此計算結果應擴大1.414倍。
壓敏電阻的壓敏電壓
即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值,大多數情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值,其產品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等。可根據具體需要正確選用。
一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關重要的,它關系到保護效果與使用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220V,則壓敏電阻電壓值V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V,因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470-480V之間。
VmA=av/bc
式中:a為電路電壓波動系數,一般取1.2;v為電路直流工作電壓(交流時為有效值);b為壓敏電壓誤差,一般取0.85;c為元件的老化系數,一般取0.9;
這樣計算得到的VmA實際數值是直流工作電壓的1.5倍,在交流狀態下還要考慮峰值,因此計算結果應擴大1.414倍。
壓敏電阻參數表如下:
我常用的S14K350器件參數如下:
安全保險絲
1作用:
安全防護。在電源出現異常時,為了保護核心器件不受到損壞。
2技術參數:
額定電壓V、額定電流I、熔斷時間I^2RT。
3分類:
快斷、慢斷、常規。
1、0.6為不帶功率因數校正的功率因數估值
2、Po輸出功率
3、η 效率(設計的評估值)
4、Vinmin 最小的輸入電壓
5、2為經驗值,在實際應用中,保險管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。
6、0.6為不帶功率因數校正的功率因數估值;0.95帶PFC估值。
目前我們大多采用慢熔保險絲;其時間—電流特性如下:
熱敏電阻NTC
1作用:
有效的抑制開機時產生的浪涌電壓形成的浪涌電流。
2技術參數:
以氧化錳等為主要原料制造的精細半導體電子陶瓷元件。
電阻值隨溫度的變化呈現非線性變化,電阻值隨溫度升高而降低。
3公式解釋說明:
1.Rt 是熱敏電阻在T1溫度下的阻值;
2.Rn是熱敏電阻在Tn常溫下的標稱阻值;
3.B是材質參數;(常用范圍2000K~6000K);
4.exp是以自然數 e 為底的指數( e =2.{{71828:0}} );
5.這里T1和Tn指的是K度即開爾文溫度,K度=273.15(絕對溫度)+攝氏度.
上述的基本安全安規基本知識掌握后,接下來再參考如下所示的設計步驟,一步一步設計反激開關變換器。
反激變換器的設計步驟
待續!請關注下回分解!
審核編輯 黃昊宇
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