多功能表开关电源原理图原理图如下电源设计要求输入电压42VAC.docx

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多功能表开关电源原理图原理图如下电源设计要求输入电压42VAC

多功能表开关电源原理图

⏹原理图如下

⏹电源设计要求

输入电压：

42VAC～456VAC50HZ

输出电压：

12VDC×2A

5VDC×2A（MAIN）

5VDC×1A（SUB）

输出纹波<=50Mv

脉冲电压隔离6000V

⏹变压器设计流程

VDCmin=VACmin*1.2=49.2V

VDCmax=VACmax*1.4=638.4V

输出功率（输出二极管为UF5404和UF5401，它们的导通压降分别为1.3V和1V。

）

（12＋1.3）×2A=26.6W

（5＋1）×2A=12W

（5＋1）×1A=6W

-----------------------------------

26.6+12+6=44.6W

输入功率Po/n=44.6/0.8=55.75W考虑输入整流损耗55.75W×1.2=67W

输入平均电流Iav=67W/VDCmin=67/49.2=1.362A

假设Dmax=0.45

初级峰值电流Ip=2×Iav/Dmax=2×1.362/0.45=6.053A

一次方Lp=VDCmin×Dmax/（Ip×fs）=49.2×0.45/（6.053×50000）=73.2uH

反馈自5V×1A，则

使用变压器core为EI25，具体参数为

Le=47mmAe=41mm^2AL=2140Nh/N^2

设Te=1N/V

Ns=Te×（Vo+Vd）=1×（5+1）=6N

Np=Ns×VDCmin/（Vo+Vd）×Dmax/（1-Dmax）=40N

Alg=Lp/N^2=0.4575×10^（-7）

Bmax=Np×Ip×Alg/Ae=0.27tesla符合磁心利用要求

Ur=Al×Le/（0.4Pi×Ae）=1.952×10^（-3）

气隙长度Lg=（0.4Pi×Np^2×Ae/Lp-Le/Ur）×10^（-3）mm=1.102mm

Irms=Ip×（Dmax/3）^1/2=2.344A

电流密度取4.5

Ap=2.344/4.5=0.521mm^2

As（5V×1A）=1/4.5=0.222mm^2

As（5V×2A）=2/4.5=0.444mm^2

As（12V×2A）=2/4.5=0.444mm^2

最后得到：

使用EI25做core用三重绝缘线

初级匝数40Turns20swg

次级main为6Ts20awg

次级sub为6Ts23swg

次级12v为13Ts20awg

偏置匝数为15Ts20swg

三明治绕法

⏹桥式整流

整流二极管平均电流只能承受1A，但是整个电源要求平均为1.3A，峰值达到3A左右，按照要求需要换整流二极管，必将带来整流损耗加大。

⏹EMI滤波

假设在50KHZ有24dB的衰减，则

共模滤波器截止频率fc=fs×10^（Att/40）=50KHZ×10^（-24/40）=12.6KHZ

T1电感值L=RL×0.707/（Pi×fc）=50×0.707/（Pi×12.6KHZ）=893uH

C1和C2为X电容，C=1/[（2Pi×fc）^2×L]=0.178uF取0.2uF

使用2个0.1uF电容串连得到C1、C2、C22、C23。

*为了减少元器件EMI滤波器置于整流之后，可能对滤波效果有影响。

⏹Bulk输入滤波电容

】

Cin=（2~3）×Pin=3×67Uf=201Uf,取200uF，用100Uf/400V高压电容C3与C4串联得到。

⏹RCD电路

由于变压器的漏感，在MOS管关断的时候，会出现较大反激能量，如果不加RCD吸收，会造成MOS管漏极电压负担，并且产生EMI噪声。

一般RCD的做法是将漏感反激能量消耗在snubber中，使效率下降，在上图中使关断瞬间电流通过D10,R16,D9流向C5，此时类似普通RCD，但当MOS导通时，电容中储存能量不是全部由电阻消耗，而是利用D10的慢管效应，通过R15,R16,D10,R17对C6充电，能量又回到了变压器初级。

⏹UC3842供电电路

对于启动电路由R5~R12和C7构成。

Rst=Vin（min）/Istart（min）=49.2V/0.3mA=164k,取160k

Pd=Vin（max）^2/Rst=638.4^2/160K=2.55W

故用8个20k1/2w电阻串联。

C7在这里兼RC滤波和充电用。

⏹二次方输出电路

⏹TL431反馈

TL431采样电压取自C18之前，因为据说C18会造成纹波，影响反馈电路稳定性。

TL431参考电平为2.5V

R35=Vref/Isense=2.5K,1％

R34=（5V-2.5V）/1Ma=2.5K,1％

R37=[5-（VU2+VLED）]/8mA＝137ohms，取120

对R38和C19，1/（R38*C19）=50KHZ

R36=（5V-2.5V）/1mA=2.5K,取2K,保证光耦不导通时，有1mA的电流流过TL431。

⏹光耦反馈端设计和保护电路

对短路和过载的保护，光耦不导通，V1不导通，V2利用C8自举导通拉低Vref，3842停止，其后一直“打嗝”，起到保护作用。

对于R30和R31的值不是很肯定，R28，C11构成比较放大，具体算法想进一步了解。

⏹过流保护

通过采样电阻采样MOS管源极电流并反馈到3842电流采样脚，如过流Vis>=1V，3842“打嗝”。

Rsa=1V/Ip=0.16ohms，7w用6个1ohms/2W电阻并联替代。

R29与C10是延迟电路，避免宽输入电压范围造成的不稳定，给一个0.7uS的延时。

Rf=Td/Cf=700ohms取680ohms

⏹定时电路

Rt=R27=33K>5K

Ct=1.72/（50000×33000）=1000PF

⏹MOS管驱动电路

MOS管采用耐900V6A的IXFH6N90，R24用22ohms，限流用，R25起稳定作用，C1用220pF1kV陶瓷电容，起降低开关瞬间电压变化率。

这里本来用RCsnubber保护，可以降低EMI，但是设计较难。

⏹LDO

⏹电池备份