电源技术辅导资料七
电源技术辅导资料七主 题：第三章 第五节 “开关电源的设计”辅导资料
学习时间：2010年11月29日－12月5日
内 容：
我们这周主要学习第三章第五节“开关电源的设计”的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对开关电源设计的了解。
一、学习要求
1．了解开关电源的主要技术指标及其分析
2．理解并掌握主电路的设计过程
二、主要内容
1．开关电源的主要技术指标及其分析
（1）输入参数
A．输入电压：国际通用电压范围，单相交流85-265V；输入为直流电压情况比较复杂，从24V-600V都可能。
B. 输入频率：民用的频率为50Hz，航空、航天和船舶采用400Hz，这时的输入的单相或三相电压为115V。
C．输入相数：3-5kW单相，5kW以上三相输入，避免三相不平衡。
D. 输入电流：考虑额定电流和最大电流。
E. 输入功率因数和谐波：IEC61000-3
单相PFC技术已经成熟，采用PFC技术可以使功率因数大于0.99，谐波电流小于5％。
三相PFC技术，有源的不成熟，无源的只能达到0.9。
（2）输出参数
A. 输出电压，通常给出额定值和调节范围两项内容
B. 输出电流，通常给出额定值和过载倍数。
C. 稳压、稳流精度，通常以正负误差带的形式给出，考核的指标为输入电压调整率、负载调整率，同精度密切相关的因素是基准源精度、检测元件精度、控制电路中运算放大器的精度等。
D. 电源的输出特性，如恒压恒流特性。
E. 纹波 纹波分为三类：高频噪声、开关频率纹波和低频脉动
F. 效率 一般情况下输出电压高的电源效率高于输出电压低的，输出电压大于100V的电源效率在90％－95％。
（3）电磁兼容
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility－EMC）
包含两方面内容：
电磁敏感性（ Electromagnetic Susceptibility－EMS）
电磁干扰（ Electromagnetic Interference－EMI）
分别指出电子装造抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰强度。
（4）其他指标
A. 耐压指标：交流输入线对次级电压为3750V，输入线对地电压为2500V，次级输出线对地电压为500V，各执行1min；
B. 绝缘要求高：输入交流线与输出线的绝缘电阻大于10MΩ，输入线、输出线与机壳的绝缘电阻大于10 MΩ；
C. 对高频变压器的要求：各绕组的绝缘电阻大于10 MΩ。初级与次级间的耐压为3750V，保持1min不击穿；湿度为92%±2%、室温为20~30℃时，24h后绝缘强度不变。
D. 电源效率：大于85%；
E. 抗电磁干扰能力：大于8dB/μV。
F．漏电流：小于0.5mA；
G．电源使用寿命：200000h以上。
另外还有机械指标和环境指标等。
2. 主电路的设计
（1）主电路的选型
一般来讲： 0-100W选用反激型电路；
100W－500W正激型电路；
500W以上半桥或全桥。
（2）软开关电路和硬开关电路
目前来讲，硬开关电路仍然是合理的选择，对电源效率、体积和重量要求非常高时，应根据实际情况，选择相应的软开关电路。
（3）主电路器件参数计算 主要讲解高频功率变压器
A.在开关电源中磁性元件的作用
磁性元件是指绕组和磁心。绕组可以是一个绕组，也可以是两个或多个绕组。它是储能、转换和/或隔离所必备的元件，常把它作为变压器或电感器使用。
作为变压器用，其作用是:电气隔离;变比不同，达到电压升、降;大功率整流副边相移不同，有利于纹波系数减小;磁耦合传送能量;测量电压、电流。
作为电感器用，其作用是:储能、平波、滤波;抑制尖峰电压或电流，保护易受电压、电流损坏的电子元件;与电容器构成谐振，产生方向交变的电压或电流。
B.掌握磁性元件对设计的重要意义
磁性元件是开关变换器中必备的元件，但又不易透彻掌握其工作情况(包括磁材料特性的非线性，特性与温度、频率、气隙的依赖性和不易测量性)。在选用磁性元件时，没有现成品选择。
为何磁性元件绝大多数都要自行设计呢?主要是变压器和电感器涉及的参数太多，例如:电压、电流、频率、温度、能量、电感量、变比、漏电感、磁材料参数、铜损耗、铁损耗等等。磁材料参数测量困难，也增加了人们的困惑感。就一个公司生产的一种铁心材料来说，它有10种μ值，26种尺寸，能在5种温升限额下稳定工作。这样，便有1300种选择。再加上前述电压、电流等电参数不同额定值的组合，将有不计其数的规格，厂家为用户备好现货是不可能的。
因此，绝大多数磁元件要自行设计或提供参数委托设计、加工。
C.磁性材料基本特性的描述
磁化曲线
B=μH，tanθ=B/H，磁导率
初始磁导率μi
最大磁导率μm
磁化曲线上任一点 变化磁导率
在众多的材料中，如果自由空间(真空)的μ0=1，那么，比1略大的材料，称为顺磁性材料；比1略小的材料，称为反磁性材料(例如银、铜、水等)。
在本章讨论的磁性元件μ>>1，是大有用处的。只有在需要磁屏蔽时候，才会用铜等反磁性材料，做成罩件使磁件的磁不会辐射到空间中去。
初始磁导率：
有效磁导率：
饱和磁感应强度Bs：随着磁心中磁场强度H增加，磁感应强度出现饱和时的B值，称饱和磁感应强度Bs
剩余磁感应强度Br：磁心从磁饱和状态去除磁场后，剩余的磁感应强度(或称残留磁通密度)。
矫顽力Hc：磁心从饱和状态去除磁场后，继续反向磁化，直至磁感应强度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽力(或保磁力)。
温度系数αμ
居里温度Tc
铁心损耗Pc
铁心三种工作状态：
（状态一）
（状态二）
（状态三）
三、重要考点
简答题请完成如下指标要求的单端反激式开关电源变压器的设计
（1）确定变压器功率
PT＝（12＋0.5）×10＝125W
（2）确定磁心规格及有关参数
PT、 ΔT、f已知，查表，选择PQ32/20，输出功率是129.6W，
U1T＝5.084V，S0K0＝16.16mm2
（3）一次绕组匝数的确定
Np＝Ui/U1T＝311/5.084＝59.99，一次绕组匝数定为60匝
（4）二次绕组匝数的确定
Ns=(Uo+Uv)Np/UiD=(12+0.5)×60/(311×0.3)=8（匝）
（5）一、二次绕组导线线径的确定
一次绕组采用0.5mm线径时，一次绕组为单股；
二次绕组也采用0.5mm线径时，二次绕组为8股。
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