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TEA1520集成开关稳压电源设计 第2页

更新时间:2010-2-18:  来源:毕业论文
TEA1520集成开关稳压电源设计 第2页
第二章 TEA1520系列单片开关电源设计要点
     下面介绍TEA1520系列单片开关电源的设计要点。需要指出,设计TEA1520系列时所用的公式与TOPSwitch-Ⅱ系列有所不同,原因之一是这两种芯片的特性存在差异,原因之二是在设计方法上二者有一定区别。下面以3W精密开关电源为例,介绍TEA1520系列的设计要点。
一.交流输入电压的最小值及最大值
交流输入电压的最小值(Umin)和最大值(Umax), 可根据表一进行选择。
表一   交流输入电压的最小值和最大值    (单位:V)
交流输入电压u umin umax
固定输入;110 80 135
固定输入;230 195 276
宽范围输入:80~275 80 276
二.输出整流滤波电路
在不考虑整流管压降损耗的情况下,桥式整流器输出脉动电压的平均值为U,有关系式:U=0.9u 。加上滤波电容CIN 之后,不仅能起到平滑的作用,减小脉动系数,还可提高U值。
当CIN选好之后,可认为U≈1.2u 。CIN的容量可根据表二来确定。CIN的容量适当取大些,不仅能改善滤波效果,还有助于提高电源效率。
表二 确定CIN的容量
交流输入电压u/V 比例系数/(uF/W) CIN的容量/uF
固定输入;110 3 3Po
固定输入;230 1 1Po
宽范围输入:80~275 3 3Po
三.漏极保护电路及效率损耗
漏极保护电路的类型及效率损耗情况见表三 。由表可见,利用瞬态电压抑制器(TVS)和超快恢复二极管(SRD)构成的钳位电路效果最好,其效率损耗为10%。单纯由阻容元件构成的RC吸收回路效果较差,其效率损耗达20%。其他外围电路的效率损耗约占5%。
表三  漏极保护电路的类型及效率损耗
保护电路的类型 所适用的输出功率范围Po/W 所引起的效率损耗(%)
TVS、SRD型钳位电路 全部功率范围 10
R、C和SRD型钳位电路 全部功率范围 15
R、C型吸收回路 <3 20
四.开关频率
      通过选择振荡电阻与振荡电容值,即可设定开关频率,允许范围是20kHz~200kHz。取R2=7.5kΩ、C5=330pF时,开关频率f≈115kHz,可近似视为100kHz。振荡电容容量的允许范围是220~1000pF,不得小于220pF,否则电路可能不起振。如取C5=100pF时,欲设计f=200kHz,开关电源就无法正常工作。
五.  高频变压器的设计
1)一次绕组的电感量LP
 计算LP的公式为;
      LP=2Po/(ηI2pf)  (1)
式中:IP为一次绕组的峰值电流。
      2)磁芯的选择
      所选用的磁芯应能满足存储最大能量并留有一定气隙宽度的要求。但二者之间也存在着矛盾,尽管增大气隙宽度可以存储更多的能量,但泄漏电感也会随之增大,因此应做综合考虑。高频变压器所存储的最大能量(EM)由下式确定:
                EM=10-6IP2LP      (2)
式中:IP、LP的单位分别取mA、mH,EM的单位是mJ。
     计算每边留出气隙宽度的公式为 ;
                δ=0.2пLP IP2/SJBM2  (3)
式中:δ为磁芯每边留出的气隙宽度(单位是mm),一般取0.1~0.3mm;  SJ为磁芯有效截面积(单位是mm2); BM为最大磁通密度(单位是mT),一般可取275mT,这样在工作时不会进入磁饱和状态。
有关高频变压器磁芯的选择,可参阅表四。磁芯型号中的三组数字,分别表示磁芯的长度、宽度和厚度(单位是mm)。所选择的磁芯应符合下述条件
              EM(δ1)≤EM≤EM(δ2)     (4)
举例说明,现采用E13/7/4型磁芯,查表四可知SJ=12.40mm2。已知LP=1.8mH,BM=275mT,令IP=330mA,分别代入式(2)和式(3),计算出
      EM=10-6IP2LP=10-6×3302×1.8=0.19mJ
         δ=0.2пLP IP2/SJBM2
=0.2×3.14×1.8×3302÷12.4÷2752
=0.11mm
查表四可知,EM(δ1)=0.10mJ,EM(δ2)=0.23mJ,而算出的EM=0.19mJ,恰好在0.10~0.23mJ之间,满足式(4)的规定条件,由此证明所选磁芯是合适的。为便于加工,实际气隙宽度可取整数值0.1mm。
表四 磁芯的选择
所存储的最大容量EM/mJ  磁芯的型号  有效截面积SJ/mm2
δ1=0.1mm  δ2=0.3mm   
0.10  0.23  E13/7/4  12.40
0.13  0.33  E16/12/5  19.40
0.14  0.34  E16/8/5  20.10
0.15  0.35  E13/6/6  20.20
0.20  0.45  E19/8/5  22.60
0.21  0.50  E20/10/5  31.20
0.27  0.62  E20/10/6  32.00
0.33  0.78  E25/9/6  38.40
0.38  0.88  E19/8/9  41.30
0.45  1.00  E25/13/7  52.00
0.64  1.40  E30/15/7  60.00
0.74  1.80  E31/13/9  83.20
0.74  1.80  E32/16/9  83.00
0.74  1.80  E34/14/9  80.70
 3)一次绕组匝数NP计算公式为
          NP=δBM×104/2пIP    (5)
根据计算结果找出一个最接近于NP值的整数值,作为一次绕组的实际匝数。将δ=0.1mm,BM=275mT,IP=330mA,代入式(5)中,得到NP=133.2匝≈134匝。
      4)二次绕组匝数NS
按下式计算NS并取整数值
                 NS=(Uo+UF3)•NP   /nUo    (6)
式中,UF3为输出整流管的正向压降。实取UO=5V,UF3=0.4V(采用肖特基二极管),n=17,NP=134匝,代入式(6)中求出NS=8.5匝,取整数值8匝。
      5)反馈绕组匝数NF
      当电源电压UCC确定后,可按下式计算NF值
                NF=(Ucc+UF2)•NS  / (Uo+ UF2)   (7)
将UCC=15V,UO=5V,UF2=0.7V代入式(7)中求得,NF=22.04匝,取整数值22匝。
.辣、计算过流检测电阻RI
       过流检测电阻用来限定IP值,亦即MOSFET的最大漏极电流ID(max)。RI上最大压降的典型值为URI=0.5V。RI的阻值可用下式求出
               RI≤URI/IP=0.5/IP    (8)
     当IP=330mA时,由式(8)计算出RI=1.5Ω。其最大功耗P=IPURI=0.165W,实选0.5W的电阻。
七、 计算退磁电阻RAUX
     计算退磁电阻的公式为 RAUX=0.7nUO     (9)
式(9)中电阻的单位是kΩ。取UO=5V,n=NP/NS=134/8=16.75≈17,将nUO=85V代入式(9)中不难算出,RAUX=60kΩ。图七中实取75kΩ。
八、确定电源电压UCC
     TEA1520系列的电源电压典型值约为13V,实际可取20V以下。计算公式为

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