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寬輸入電壓范圍的電源設計分析

2020-08-27

電源輸入電壓都有一定范圍,如我國電網(wǎng)電壓為220VAC,其輸入范圍的要求為165-264VAC,為了兼容歐標的110VAC,通常電源輸入電壓范圍為85-264VAC。在DC-DC直流開關電源應用中,通常也有多個輸入母線的類別,如通信行業(yè)一般為48VDC輸入,其范圍為36-75VDC工業(yè)控制行業(yè)一般為24VDC12VDC24V輸入的范圍為18-36VDC12VDC輸入的范圍為9-18VDC,鐵路行業(yè)的母線為110VDC,輸入電壓范圍為66-160VDC

 

有時還會發(fā)現(xiàn)介于它們之間的電壓,但是由于成本原因,電源廠家通常不愿意為每種輸入電壓開發(fā)不同的電源。所以要求電源輸入范圍寬,下面說說如何設計一種具有寬輸入電壓范圍的電源。

 

該要求為19265VAC19375VDC的小功率反激式轉換器(在500mW的范圍內(nèi)),小功率反激式參考設計需要具備兩路輸出。一個輸出軌提供微控制器與模擬電路(電流為15mA時電壓為5.0V),另一個輸出軌則在電流為40mA時提供12V的電壓以控制繼電器。因為輸入和兩路輸出需要2.5kV的隔離電壓,所以首先想到了結構簡單、廣為人知的反激式轉換器。

 

上圖為轉換器原理圖,有輸入濾波器、整流器、啟動電路以及次級側上的控制器線性穩(wěn)壓器等。

 

寬輸入電壓范圍不僅對控制器來說是個挑戰(zhàn),對該變壓器的設計而言也是一大難題。對于小功率應用,反激式轉換器經(jīng)過設計要能在非連續(xù)導通模式(DCCM)下工作,以便實現(xiàn)小的解決方案尺寸,因為耦合電感器的電感也比較小。這種運行模式下的峰值電流比連續(xù)導通模式(CCM)下的峰值電流大,但它們?nèi)匀幌鄬^小,原因是功率很小。對于較大功率的應用,反激式轉換器則通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是適合該反激式設計的模式,輸出功率大約為500mW

 

為避免在輸入電壓的上限范圍內(nèi)出現(xiàn)大的開關損耗,開關頻率應相對較低。在該設計中,它被設置為130kHz,以便讓基波低于電磁干擾(EMI)測量的下限150kHz。如果假定該轉換器只在DCCM模式下工作,那么占空比在這樣一個范圍內(nèi)從70%直到4%(匝數(shù)比為3.581750μH的初級電感)。為了減少組件應力,您應該通過讓匝數(shù)比保持不變并將初級電感變?yōu)?/span>4mH來增加最小占空比。現(xiàn)在,對于低輸入電壓,該轉換器在CCM模式下運行。對于高輸入電壓,該轉換器則在DCCM模式下運行。

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