门禁带后备电源供电板设计(电路原理图有详细注释与解析)

ID:225002 · 发表于 2017-8-5 16:26

前段时间设计的一个项目，前端为反激式开关电源14.7v输出，利用电阻限流给电池充电，先大电流，随着电池电压的升高，充电电流逐渐变小！！下面是原理图部分
输出总功率Pout=P1+P2+P3+P4=50.7w
假设最低效率为0.8，则输入总功率Pin=Pout/0.8=63.4w

（清晰版的pdf格式原理图可以在51hei附件中下载）

电阻R8不能取太大，保证流过TL431的电流十几毫安这样TL431在完全导通和完全关断时，a点的电压变化就大电阻R13和电容C18实现差分滤波，当电源输出存着干扰时a.b点的电位都是由输出电源提供的，但是当输出电源有干扰时，由于b点电阻分压，a点没有，导致a点、b点存着很大的电位差使用差分电路滤除干扰。R8、C22同样构成PI比例积分，防止a点电压急剧变化

匝比N=Np（初级匝数）/Ns（次级匝数）
Vin指变压器初级线圈两端电压
Vo指变压器次级线圈两端电压
mos管关断期间，由次级Vo折射到初级的电压Vor
Vor=Vo*N
mos管开通期间，由初级Vo折射到次级的电压Vinr
Vinr=Vin/N
Iin指的是初级电容流入和流出后的平均电流
Io指的是次级电容对负载的平均电流
ILs指的是次级电感线圈上的腰线电流
ILp指的是初级电感线圈上的腰线电流
ILp=ILs/N
IL=Io/D

假定效率为85%，则Pin=Pout/0.85=71w
IRFBC20 的耐压值为600v，留有一定余量，取550V
mos在关断期间，承受的电压为380+Vor+漏感产生的电压Vz
Vor+漏感产生的电压Vz=170v
Vz/Vor=1.4时为最佳点,算得Vor=71v
N=Vor/(Vo+0.7)=4.8,按N=5计算
由次级电感、电容、二极管拓扑关系，最终电感上的电压波形
理想占空比D=Ton/(Toff+Ton)=Voff/(Von+Voff)=Vor/(Vin(min)+Vor)=0.31
MOS管ON期间，则初级平均输入电流Iin=Pin/Vin(min)=71/156=0.46A
次级平均电流Io=60.3/14=4.3A
最终OFF、ON期间的腰线电流会相等ILon=ILoff=Iin/D=Ior/(1-D)
求得D=0.35
则初级腰线电流ILin=Iin/D=0.46/0.35=1.3A
则对应于P1输出口腰线电流：ILo1=Io/(1-D)=4.3/0.65=6.6A
在电网输入最高电压时计算Vor 通常：AC:110V~265V
输出电压Vo=14V
为对称的锯齿波，有：Von*Ton=Voff*Toff 得：Ton/Toff=Voff/Von
Vin(min)指的是最小输入交流电压的平均值：Vin(min)=110*1.414=156v
输出总功率Pout=P1+P2=60.3w
MOS管OFF期间，折算到初级的平均电流Ior=Io/N=4.3/5=0.86A
对于初级线圈，ON期间腰线电流ILon=Lin/D
对于初级线圈，OFF期间腰线电流由次级折算，ILoff=Ior/(1-D)
则对应于P2输出口腰线电流：ILo2=Io/(1-D)=0.02/0.65=0.03A

电感纹波率r=△I/IL=0.5
电感上的峰值电压Ipk=IL*(1+r/2)
则ILinpk=1.3*1.25=1.6A（作为选取MOS管的标准）
△I=V*△t/L
则电感电流上升期间（ON期间）有：△I=Vin(min)*Ton/L=Vin(min)*D/L*f
Ton=D/f r=△I/IL=0.5
则L=Vin(min)*D/r*ILinpk*f
则初级电感L=156*0.35/0.5*1.6*120000=0.57mH
IL指的是电感上的腰线电流
则ILopk1=6.6*1.25= 8.3A（作为选取二极管的标准）
则ILopk2=0.03*1.25=0.04A（作为选取二极管的标准）
Vin(min)指的是最小输入交流电压的平均值：Vin(min)=110*1.414=156v
则初级电感L=156*0.35/0.5*1.6*120000=0.57mH

变压器设计步骤
1.由变压器的最大输入功率，确定变压器体积