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5V,1A开关电源制作

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楼主
ID:75926 发表于 2015-4-4 04:09 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
5V,1A开关电源
参数表:
                             
  
输入
  
  
AC220
  
  
输出
  
  
5V,1A
  
  
输出功率
  
  
5W
  
  
纹波
  
  
50mV
  
  
效率
  
  
80%
  
  
附加功能
  
  
具有过流保护,短路保护,热关断保护
  
我做的第一版反激式开关电源是通过自激完成的。那些天我是参考ATX开关电源的辅助电源。本初的打算,是做一款中功率开关电源的辅助电源。但后来,由于六楼老师让帮他做一个5V,1A的开关电源。就顺便答应下来了。下面是我的第一版自激式反激电源的原理图。
附图:
                              
这个电源有四个问题:
1.    没有完整而强有力的反馈,可能出现负载调整率过大
2.    输入滤波电容过大,导致一直烧保险丝,有一次甚至将整流二极管烧炸了一堆。
3.    没有EMI滤波环节,容易受电网干扰。
4.    开关管在上升沿时处于线性状态,发热量极大。效率上不去!
对于原理,开关ATX开关电源的应该都懂。他是靠电容的充电和放电来实现开关的,由稳压二极管做输出测定。这里不做详述。
第二版开关电源是用PI公司的TNY280PN做的。从某种程度上来讲,这款芯片已经很成熟了。且很好用。但我第一次做,就遇到了麻烦。
下面是图:
这个图我是看TNY280PN的英文手册做的。后来调了一天多,才发现,对于一个开关电源来说。变压器则是其核心动力部分。而根据手册,我的这款变压器初级电感量明显过大,适合做1K~10K的自激电源。而对于这个固定124K频率的家伙,根本无法用。结果就是,输出电压极低,并且稳不住,变压器极热。
第三款开关电源我依然用的自激。因为我想看看手机充电器的结构和原理。于是顺道做了一个5V,500mA的手机充电器。但发现,也是没有强有力的反馈回路,结果当然稳不住。图就不上了。网上一搜一大堆!
第四款开关电源算是我的最成功的一款。芯片还是TNY280PN,但变压器却是我实际计算而买的一款。效果真的不错!在1A负载下,开关管一点都不热!
上图:

下面我说说做这款反激电源的心得吧。一旦你掌握了一款反激式电源的制作方法,电源对你来说,就如鱼得水。很容易了。因为最难点不是电路的设计,而是变压器的设计。变压器作为开关电源的动力源,无论是哪个方面有问题,都会造成你的电源罢工!可能你现在看不出来,但那是早晚的事!
做电源,还有一点是安全措施。因为对于220V的电,足够让你死几回了!所以,在带电测量时,至少需要两个人。最好在输入加过流保护。就比如我上面的那款,输入过流是600ma.虽然不能起根本作用,但可以防止因为短路,造成变压器炸机(很危险)!
我做这款电源是就炸了两次,一次是整流二极管。眼睁睁看着四个二极管在冒火。没辙!第二次是一个电容过充了。直接炸了。我怀里到处都是碎片。
不过这次我的搭档前往广州参加应聘,从应聘情况来看。电源工程师这个职业还是靠的住的!所以,接下来,再打算做一款中功率开关电源。
再上几张这次反激电源的实物照吧。
下面附这次做变压器的全部计算过程。
EE22高频变压器设计
本次的开关电源采用反激式拓扑结构,高频变压器相当于一个储能电感。
1.    计算一次绕组电感量Lp.
  假如效率η=80%Krp=0.5. TNY280Y的开关频率f=132K.
注释:Krp=Ir/Ip.其中,Ip为高频变压器在CCM模式下一次侧的峰值电流。Ir为高频变压器一次侧的电流变化量。Krp定义为脉动系数!在CCM模式下,Krp<1.DCM模式下,Krp=1.
本次的开关电源输出功率Po=5W.对于TNY280Y而言,Ilimit=0.8A
Ip=Ilimit=0.8A.Ir=0.4A.
则根据公式Lp=(2Po)/( ηIr2f)
得:Lp=(2*5)/(0.8*0.16*132K)=6.35*10-4  
当在临界状态下,Krp=1.此时Ir=0.8A.
则此时Lp=1.479*10-4
也就是说变压器一次侧的电感量可在148uH~635uh之间选择。
这里选取400Uh.
2.    选择磁心。
磁芯的选择用AP法。
根据公式:AP=Ae*Aw=(99Po)/((Bm-Br)*f)(单端正激变压器)
注释:Bm-Br为磁感应强度变化量。
则:AP=99*5/(0.15*132K)=0.025cm4
根据第二套公式:
Sj=Ae=0.15* =0.336
根据常用磁心尺寸对照表,可选用EI22或者EE22.
3.    计算一次侧匝数Np.
本例选取最小输入电压102VDmax=0.52.Ae=0.336.
Bm-Br=0.15.
  Np=  104  
Np=44.
一次侧电流有效值可根据公式
Irms=Ip *
此时Krp=0.8.Ip=0.8A.Dmax=0.52
则可得Irms=0.37A.
则二次侧电流峰值Isp=Ip(Np/Ns)
同理可得二次侧电流的有效值为:
Isrms=Isp*  
Isrms=0.4452*Isp
4.    计算二次绕组匝数Ns.
二次侧绕组匝数Ns可根据公式;
Ns=(Np/Uor)*(Uo+Uf1).
已知输出电压Uo=5V. Uor=130V. Uf1=0.8V
注释:Uor为二次反射电压。Uf1为整流二极管的压降。如果是肖特基通常取0.4V。如果是快恢复,通常取0.8V.
则根据上式可得:Ns=1.96.考虑漆包线铜损,这里取3匝。
二次绕组电流峰值为:
Isp=5.42A.
二次侧电流有效值Isrms=5.52*0.445=2.45A         
根据参数表,选用0.78mm的漆包线。
5.计算气隙长度
根据公式σ={0.4*3.14Np2Ae/(Lp)}*0.01
得σ=0.0065cm,0.065mm.
气隙过小,可以忽略。
6.    检验最大磁通密度:
根据公式:Bm={(Ip*Lp)/(Np*Ae)}*0.01.  Ip=0.8A
Bm=0.21<0.3T. 磁通密度符合。
至此变压器的所有参数计算完毕!
附表:
常用EI型磁心尺寸参数表
                                                                            
  
型号
  
  
Ae(cm2)
  
  
Lecm
  
  
EI16
  
  
0.19
  
  
3.59
  
  
EI19
  
  
0.227
  
  
3.96
  
  
EI22
  
  
0.414
  
  
3.96
  
  
EI25
  
  
0.4
  
  
4.8
  
  
EI28
  
  
0.83
  
  
0.86
  
  
EI30
  
  
1.09
  
  
5.86
  
  
EI33
  
  
1.18
  
  
6.75
  
  
EI40
  
  
1.43
  
  
7.75
  
  
EI50
  
  
2.27
  
  
9.5
  
  
EI60
  
  
2.44
  
  
11
  
常用EE型磁心尺寸参数表
                                                                                   
  
型号
  
  
Ae(cm2)
  
  
Lecm
  
  
EE10
  
  
0.11
  
  
2.73
  
  
EE13
  
  
0.18
  
  
3.08
  
  
EE16
  
  
0.19
  
  
3.71
  
  
EE19
  
  
0.22
  
  
4.02
  
  
EE22
  
  
0.41
  
  
3.98
  
  
EE25
  
  
0.52
  
  
5.77
  
  
EE30
  
  
0.6
  
  
6.56
  
  
EE33
  
  
1.17
  
  
6.7
  
  
EE41
  
  
1.61
  
  
7.75
  
  
EE50
  
  
2.28
  
  
9.59
  
  
EE65
  
  
5.32
  
  
14.7
  
常用磁心型号与输出频率的对应关系
                                                                                                                                                     
  
型号
  
  
输出功率(VA)
  
  
50KHZ
  
  
100KHZ
  
  
EI10
  
  
3
  
  
6
  
  
EI13
  
  
4
  
  
8
  
  
EI16
  
  
5
  
  
9
  
  
EI19
  
  
8
  
  
13
  
  
EI22
  
  
14
  
  
20
  
  
EI25
  
  
20
  
  
30
  
  
EI28
  
  
42
  
  
58
  
  
EI30
  
  
61
  
  
95
  
  
EI35
  
  
100
  
  
150
  
  
EI40
  
  
160
  
  
250
  
  
EI45
  
  
260
  
  
391
  
  
EI50
  
  
430
  
  
650
  
  
EE8
  
  
2
  
  
4
  
  
EE10
  
  
3
  
  
6
  
  
EE13
  
  
4
  
  
8
  
  
EE16
  
  
5
  
  
9
  
  
EE19
  
  
8
  
  
13
  
  
EE30
  
  
61
  
  
95
  
  
EE35
  
  
100
  
  
150
  
  
EE40
  
  
160
  
  
250
  
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沙发
ID:74997 发表于 2015-8-13 22:05 | 只看该作者
不错.学习了
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板凳
ID:93873 发表于 2015-10-28 15:31 | 只看该作者
大神能具体教教我怎么做这个5V1A开关电源吗
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地板
ID:239984 发表于 2017-10-16 17:19 | 只看该作者
大神,膜拜ing。想参照你的电路设计一个电源。问一下,你的变压器是在某宝上订做的吗?还是直接能买到参数正好合适的?
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