电源高手制作简单的反激电源(图解、超详细)
先看看供应商送的外壳样品,有好几个抽屉,应该是积累了多年的结果!
挑了个小的,测了下三围,长约83.5毫米
宽约42毫米,
高约30.5毫米
全景加上内部图:
外壳厚2.5-2.6毫米,两侧面长75毫米,去除厚度,pcb的两边不会超过70毫米,假设锡点高2毫米,pcb厚1.6毫米,元件的高度要限制在22毫米左右,由于外壳的弧形结构,四周的元件要矮一点.
算下体积,做个反激24w左右的电源应该可以,就按12v2a做吧.
接着应该定个方案了,先选ic,反激这一块可选的ic真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用ob2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....
接下来就按ob2263设计电路图.....
完成的原理图,是按ob的典型应用设计的,
电脑上没有pdf生成软件,只好截图....
下面是各部分,输入滤波/整流
pwm及vcc供电部分:
输出和电压取样部分:
先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:
重传下这部分电路,方便观看
由于pcb的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24w,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85v,加上只有电容滤波,pf值约0.5,那么输入电流有效值约为
iac=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85a;
由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1a以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2a250v的值.
输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,x电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,r1,r2为放电电阻,要求断开电源1秒后x电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5m以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.
接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个kbp206.
共模电感也是按经验用的,40w以下一般是uu9.8,这颗料常见成本也低,考虑到x电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.
电解电容也是按2微法/w的经验值取,这里用47微法.
c1,c7是小容量贴片高压电容,如果做emi的话可以按需要取舍.
接下来说说pwm部分,原理图如下:
r3,r4,e2组成ic的启动电源,基本上按厂家给的数据赋值,实际上这个回路是有算法的,要求ic输出一个驱动信号之后电容上的电压不能低于ic的关闭电压值.
插个不是题外的题外话:据我所知,有几家电源厂考试时会考到这个问题,就是问应试者怎么取启动电源的元件数值,也不知道是哪个厂家开始搞的.这个对基础知道要求还是挺严的,包含了ic,电容,电阻的基本知识,如耐压,漏电流等等.
ic第一脚接地,是输入/输出信号和电源的公用端;2脚反馈,外接光电耦合器的集电极,并一个用于滤除高频信号的小容量电容;3脚外接电阻到地可以改变ic的工作频率,这里取推荐值100k;4脚电流感应信号输入端,内部已经有延时,小功率应该时一般不用再外加rc延时;5脚为ic的供电端;6脚驱动信号输出,外接的r6,r7,d5可以改变驱动信号对mos输入电容的充放电速度,进而对开关波形的上升下降沿作调整,有利于emi整改,r8主要作用是泄放mos栅-源间积累的电荷,一般取值几k到40-50k,按经验用10k.
c6也用于改善开关波形,一般100p以下常用,做emi时按需取舍,先留个位置.
cy1是安规电容,由于漏电流的规定,取值不大于103,算法比较麻烦,可以按经验取值,具体可以在emi整改时调整.
d6,c5,r12,r13是mos的吸收回路,要保证mos不会因为变压器感应的反射电压和漏感造成的尖峰击穿.同时它们也会引起损耗,因此取值时得有个折衷.
r9,r10,r11用于将开关电流转换成电压,具体的取值要看变压器设计了.
最后说下输出和电压取样反馈部分,电路原理图如下:
d7是整流管,一般情况下,参数要求正向电流大于等于3倍输出电流,具体算法不再说明;反向耐压大于(初级最高电压除以初次级匝数比+输出电压),并留有一定余量.按经验这里用100v的管子就行,因体积较小,设定电流10a,可以减少发热量.
r15,c4是整流管的吸收回路,对整流管的电压波形起调整作用,并防止过高的尖锋电压损坏整流管;对emi整改有用.
r16,r21是假负载,对电源轻载时的稳定性有作用,并不一定用到,先留位置.
e3,e4,e5是储能电容,可以说输出部分的能量都要由它们提供,对它们的要求是内阻越小越好,能承受的纹波电流越大越好;
r17,r18,r19为电阻分压取样网络,通过调整它们的值可以确定输出电压,这里输出电压约为基准电压*(r19/(r18//r17)),图中用431作基准,基准电压约为2.495v,算出来输出电压约为12.3v.
r20为光耦限流电阻,c3是431本身的一个反馈网络,为简单化,只用了一个105的电容.
完成的pcb文件:
用了立式ee25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;ds吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,mos和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.
面积受限,将y电容骑到光耦上面;
前面开槽用于焊接ac线,后面的方便放置线卡.
同时生成dxf文件,用于绘制散热片.
用cad做的散热器图纸:
2毫米厚,铝制.
其实在布板之前已经对变压器进行选取，个人习惯按ap法选用磁芯，由于整机高度和pcb面积限制，只能选小一点的，相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点，决定以断续模式计算磁芯。
ap值的公式：
ap=aw*ae=pt*106/[2*ko*kc*fosc*bm*j*?]
其中pt=po+po/ ?
pt：视在功率，单位w;
po：变压器的输出功率，单位w;
? ：变压器的效率，小功率一般选0.9-0.95，选0.92;
ko：窗口的铜填充系数，一般选0.3-0.5,这里考虑到安规，会用三层绝缘线做次级，用0.3;
kc：磁芯填充系数，对于铁氧体=1;
fosc：磁芯工作频率,单位hz;
j：电流密度，一般取j=5a/mm2
bm：变压器工作磁通，单位高斯
ap值的单位，cm的4次方.
这里的变压器输出电压约(12.3v+0.6v)，0.6v是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4a(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31w.
工作于断续模式,bm取2000高斯,得到ap值为0.18。
接下来计算变压器，过程大抵如下：
1，计算输入最小交流对应的直流电压：
设最低输入电压85v，容性负载时电容上的电压约为输入交流值的1.2倍，约为102vdc;
2，确定频率和最大占空比，占空比大变压器利用率高，次级感应的电压低，可以用耐压低的整流二极管，但初级开关管的峰值电压高，所以有时得折衷选择.
这里设频率为65khz,占空比为0.4,由这两个算出开关管最大开通时间为6.15微秒;
3，由最大占空比算出匝比n：
n=(最低输入电压*最大占空比)/(输出电压+整流二极管正向电压降)/(1-最大占空比)，
n=(102*0.4)/(12+0.6)/(1-0.4)=5.397
由n可以得出反射电压vor=(输出电压+整流二极管正向压降)*n,
代入上式结果,得到vor=68v;
4，确定变压器最大输入峰值电流：
ipk=2*变压器输出功率/(变压器效率*最低输入直流电压*最大占空比)
=2*(12+0.6)*2/(0.92*102*0.4)
=1.3427(a)
5,算出变压器初级电感lp:
lp=(最低输入电压*最大开通时间)/峰值电流,
lp=(102*6.15)/1.3427
=467(uh)
取470微亨
6，算出初级匝数np：
np=(初级电感量*初级电流峰值)/(磁芯截面积*工作磁通)
计算ap值时已经取工作磁通2000高斯，ee25的磁芯截面积为40平方毫米，这里如果电感量用微亨的话，工作磁通应该用特斯拉，2000高斯=0.2特斯拉.
np=(470*1.3427)/(40*0.2)
=78.9，取79匝;
7，由匝比算出次级匝数ns=79/5.397=14.6，取15匝;
8，设ob2263工作时供电电压为18v，则供电绕组匝数=18/(12+0.6)*15，约等于21匝.
接下来按电流容量取线径，算窗口填充系数，我初级线径取0.35*1根，次级用二根0.5的三层绝缘线，供电绕组用0.2漆包线*1根.
查了下它们的数据，0.2的线最大外径为0.27，0.35的线最大外径0.42，0.5的三层绝缘线为0.8，线包总的截面积为
3.14*(0.27*0.27*1*21+0.42*0.42*1*79+0.8*0.8*2*15)/4=27.2平方毫米，
ee25的aw为78.2，则填充系数=27.2/78.2，约为0.35，可以装得下.
得知pcb下午应该能到，变压器还没来，先手工绕个，次级没用三层绝缘线，只用了0.65的漆包线一根，样子有点丑，因为没找到合适的胶带，自己裁的.....
看起来还有好多绕线空间....
可以的，不过板已经发出打样，现在的pcb却改成这样了：
整体没什么变化，400v电解电容阳极处的跳线j1取消了，要加工一下电解电容才好插件.
基本完成插件作业...先上个图
继续进行中，上几张....
这是来的散热器...
穿上硅胶套管做绝缘....
打上管子，没找到新的塑封10100，只能用旧的了...
另一面.....
装起来就这个样子，大电解用的是16*26的;
焊上引线，接底壳...
测试中，变压器也到了，干嘛不早点到呢...
上测试图。。。。。
先说下改动了哪儿，有diy的朋友注意了。
1，光耦的限流电阻改4.7k;
2，输出端的e5由8*14改8*12，220微法，原因是高了不好装壳。
3，输出加了假负载3k，1206的。
4，散热器二极管处斜剪掉2*2的一个三角，原因同上条。
5，mos吸收回路的c5改222/1kv贴片。
先上空载：
机子测试中。。。。。
mos的波形：
满载波形230v：
满载120vac，没60hz的ac源，测试50hz的：
电压还低一点就变这样：
只测满载，如有diy的朋友自己测试其他的负载，还是手工做的那变压器，全50hz频率下测量的;
效果有点不如意，朋友们自己可以在变压器上改良一下：
230v时
120v时
100v时
软板材料压合工艺参数
边境城市无线应急广播系统方案设计的说明
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储能逆变器与光伏逆变器行业标准比较
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LED产能过剩达35%,2012年还会加剧
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算下体积,做个反激24w左右的电源应该可以,就按12v2a做吧.
接着应该定个方案了,先选ic,反激这一块可选的ic真是不能再多了,公司里常用的是昂宝这个品牌,这个功率段用ob2263不会有问题,由于体积有点小,优选贴片的,同样很多元件都应该以贴片为主.....
接下来就按ob2263设计电路图.....
完成的原理图,是按ob的典型应用设计的,
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下面是各部分,输入滤波/整流
pwm及vcc供电部分:
输出和电压取样部分:
先说下输入滤波/整流部分元件取值估计方法:
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由于pcb的面积较小,而保险要求的距离要2.5毫米以上,为方便布局并节省空间,把保险丝放到输入的最前.假设输出24w,允许最大输出为1.2倍,效率假设为80%,最低输入交流85v,加上只有电容滤波,pf值约0.5,那么输入电流有效值约为
iac=24*1.2/0.8/85/0.5,约等于0.85a;
由于温度降额,开机冲击等原因,这个保险丝取值应该在1a以上,而且保险的作用并不在于保护后面元件的安全,只要求能断开电网,所以取个2a250v的值.
输入端离外壳比较近,元件不能用太高的,x电容用了小体积(约13*12*6)的,容量只有0.1微法,r1,r2为放电电阻,要求断开电源1秒后x电容上的电压降到安全范围内,经计算,1.5m以下完全满足要求,但要满足耐压,还得用二个电阻串联.
接下来是桥堆,按保险丝算出来的电流取就可以,耐压同样要满足,个子也尽量小,用了个kbp206.
共模电感也是按经验用的,40w以下一般是uu9.8,这颗料常见成本也低,考虑到x电容偏小,在桥堆和电感之间加入一个聚酯类的电容,好处是可以做到小体积大容量.
电解电容也是按2微法/w的经验值取,这里用47微法.
c1,c7是小容量贴片高压电容,如果做emi的话可以按需要取舍.
接下来说说pwm部分,原理图如下:
r3,r4,e2组成ic的启动电源,基本上按厂家给的数据赋值,实际上这个回路是有算法的,要求ic输出一个驱动信号之后电容上的电压不能低于ic的关闭电压值.
插个不是题外的题外话:据我所知,有几家电源厂考试时会考到这个问题,就是问应试者怎么取启动电源的元件数值,也不知道是哪个厂家开始搞的.这个对基础知道要求还是挺严的,包含了ic,电容,电阻的基本知识,如耐压,漏电流等等.
ic第一脚接地,是输入/输出信号和电源的公用端;2脚反馈,外接光电耦合器的集电极,并一个用于滤除高频信号的小容量电容;3脚外接电阻到地可以改变ic的工作频率,这里取推荐值100k;4脚电流感应信号输入端,内部已经有延时,小功率应该时一般不用再外加rc延时;5脚为ic的供电端;6脚驱动信号输出,外接的r6,r7,d5可以改变驱动信号对mos输入电容的充放电速度,进而对开关波形的上升下降沿作调整,有利于emi整改,r8主要作用是泄放mos栅-源间积累的电荷,一般取值几k到40-50k,按经验用10k.
c6也用于改善开关波形,一般100p以下常用,做emi时按需取舍,先留个位置.
cy1是安规电容,由于漏电流的规定,取值不大于103,算法比较麻烦,可以按经验取值,具体可以在emi整改时调整.
d6,c5,r12,r13是mos的吸收回路,要保证mos不会因为变压器感应的反射电压和漏感造成的尖峰击穿.同时它们也会引起损耗,因此取值时得有个折衷.
r9,r10,r11用于将开关电流转换成电压,具体的取值要看变压器设计了.
最后说下输出和电压取样反馈部分,电路原理图如下:
d7是整流管,一般情况下,参数要求正向电流大于等于3倍输出电流,具体算法不再说明;反向耐压大于(初级最高电压除以初次级匝数比+输出电压),并留有一定余量.按经验这里用100v的管子就行,因体积较小,设定电流10a,可以减少发热量.
r15,c4是整流管的吸收回路,对整流管的电压波形起调整作用,并防止过高的尖锋电压损坏整流管;对emi整改有用.
r16,r21是假负载,对电源轻载时的稳定性有作用,并不一定用到,先留位置.
e3,e4,e5是储能电容,可以说输出部分的能量都要由它们提供,对它们的要求是内阻越小越好,能承受的纹波电流越大越好;
r17,r18,r19为电阻分压取样网络,通过调整它们的值可以确定输出电压,这里输出电压约为基准电压*(r19/(r18//r17)),图中用431作基准,基准电压约为2.495v,算出来输出电压约为12.3v.
r20为光耦限流电阻,c3是431本身的一个反馈网络,为简单化,只用了一个105的电容.
完成的pcb文件:
用了立式ee25变压器,为了过安规,次级用飞线引出;ds吸收回路中的电容也改成贴片的;为降低高度,mos和肖特基的焊盘孔都加大,元件可以直接贴到板上.
面积受限,将y电容骑到光耦上面;
前面开槽用于焊接ac线,后面的方便放置线卡.
同时生成dxf文件,用于绘制散热片.
用cad做的散热器图纸:
2毫米厚,铝制.
其实在布板之前已经对变压器进行选取，个人习惯按ap法选用磁芯，由于整机高度和pcb面积限制，只能选小一点的，相同频率相同功率下断续模式用的磁芯要小一点，决定以断续模式计算磁芯。
ap值的公式：
ap=aw*ae=pt*106/[2*ko*kc*fosc*bm*j*?]
其中pt=po+po/ ?
pt：视在功率，单位w;
po：变压器的输出功率，单位w;
? ：变压器的效率，小功率一般选0.9-0.95，选0.92;
ko：窗口的铜填充系数，一般选0.3-0.5,这里考虑到安规，会用三层绝缘线做次级，用0.3;
kc：磁芯填充系数，对于铁氧体=1;
fosc：磁芯工作频率,单位hz;
j：电流密度，一般取j=5a/mm2
bm：变压器工作磁通，单位高斯
ap值的单位，cm的4次方.
这里的变压器输出电压约(12.3v+0.6v)，0.6v是肖特基二极管正向电压降;电流是2.4a(设过电流点为正常输出电流的120%);变压器输出功率是31w.
工作于断续模式,bm取2000高斯,得到ap值为0.18。
接下来计算变压器，过程大抵如下：
1，计算输入最小交流对应的直流电压：
设最低输入电压85v，容性负载时电容上的电压约为输入交流值的1.2倍，约为102vdc;
2，确定频率和最大占空比，占空比大变压器利用率高，次级感应的电压低，可以用耐压低的整流二极管，但初级开关管的峰值电压高，所以有时得折衷选择.
这里设频率为65khz,占空比为0.4,由这两个算出开关管最大开通时间为6.15微秒;
3，由最大占空比算出匝比n：
n=(最低输入电压*最大占空比)/(输出电压+整流二极管正向电压降)/(1-最大占空比)，
n=(102*0.4)/(12+0.6)/(1-0.4)=5.397
由n可以得出反射电压vor=(输出电压+整流二极管正向压降)*n,
代入上式结果,得到vor=68v;
4，确定变压器最大输入峰值电流：
ipk=2*变压器输出功率/(变压器效率*最低输入直流电压*最大占空比)
=2*(12+0.6)*2/(0.92*102*0.4)
=1.3427(a)
5,算出变压器初级电感lp:
lp=(最低输入电压*最大开通时间)/峰值电流,
lp=(102*6.15)/1.3427
=467(uh)
取470微亨
6，算出初级匝数np：
np=(初级电感量*初级电流峰值)/(磁芯截面积*工作磁通)
计算ap值时已经取工作磁通2000高斯，ee25的磁芯截面积为40平方毫米，这里如果电感量用微亨的话，工作磁通应该用特斯拉，2000高斯=0.2特斯拉.
np=(470*1.3427)/(40*0.2)
=78.9，取79匝;
7，由匝比算出次级匝数ns=79/5.397=14.6，取15匝;
8，设ob2263工作时供电电压为18v，则供电绕组匝数=18/(12+0.6)*15，约等于21匝.
接下来按电流容量取线径，算窗口填充系数，我初级线径取0.35*1根，次级用二根0.5的三层绝缘线，供电绕组用0.2漆包线*1根.
查了下它们的数据，0.2的线最大外径为0.27，0.35的线最大外径0.42，0.5的三层绝缘线为0.8，线包总的截面积为
3.14*(0.27*0.27*1*21+0.42*0.42*1*79+0.8*0.8*2*15)/4=27.2平方毫米，
ee25的aw为78.2，则填充系数=27.2/78.2，约为0.35，可以装得下.
得知pcb下午应该能到，变压器还没来，先手工绕个，次级没用三层绝缘线，只用了0.65的漆包线一根，样子有点丑，因为没找到合适的胶带，自己裁的.....
看起来还有好多绕线空间....
可以的，不过板已经发出打样，现在的pcb却改成这样了：
整体没什么变化，400v电解电容阳极处的跳线j1取消了，要加工一下电解电容才好插件.
基本完成插件作业...先上个图
继续进行中，上几张....
这是来的散热器...
穿上硅胶套管做绝缘....
打上管子，没找到新的塑封10100，只能用旧的了...
另一面.....
装起来就这个样子，大电解用的是16*26的;
焊上引线，接底壳...
测试中，变压器也到了，干嘛不早点到呢...
上测试图。。。。。
先说下改动了哪儿，有diy的朋友注意了。
1，光耦的限流电阻改4.7k;
2，输出端的e5由8*14改8*12，220微法，原因是高了不好装壳。
3，输出加了假负载3k，1206的。
4，散热器二极管处斜剪掉2*2的一个三角，原因同上条。
5，mos吸收回路的c5改222/1kv贴片。
先上空载：
机子测试中。。。。。
mos的波形：
满载波形230v：
满载120vac，没60hz的ac源，测试50hz的：
电压还低一点就变这样：
只测满载，如有diy的朋友自己测试其他的负载，还是手工做的那变压器，全50hz频率下测量的;
效果有点不如意，朋友们自己可以在变压器上改良一下：
230v时
120v时
100v时
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