48V25A直流高频开关电源设计

第2章 高频开关电源主电路的设计与实现

3.绕组的匝数

铁心选定后，可由下式计算绕组的匝数：

N2?V0(max)2fs?BAe

将数据代入上式可知，变压器副边的绕组匝数为6.2匝，实际选用的是7匝。由变压器的变比可以推算出变压器原边的绕组为19匝。

4.绕组导线截面

由下式可以计算出副边绕组导线截面积Ac2：

Ac2?I0 dc代入数据得到副边绕组导线截面积Ac2为6.25mm2，根据电压比得到原边绕组导线截面积Ac2为2.27mm2。为了减小导线的集肤效应，一般采用多股导线绕制。

2.4.3输出滤波电感的设计

在DC/DC全桥变换器中，原边电压经变压整流后，为方波电压。从输出滤波侧看，此电路类似于BUCK变换器，其工作频率为开关频率的2倍。因此可以按BUCK变换器的公式计算输出滤波电感和电容。

为了保证输出滤波电感电流在某一最小电流时保持连续，设最小输出电流为1A，则输出滤波电感可按下式计算：

Lf?Lf?UdTDU(1?0)2IOMUd310?0.85?48?1???1.39mH3?2?1?85?10?310?

2.4.4输出滤波电容的选择

输出滤波电容的选择不仅要考虑电容值，而且要考虑电容的等效电阻ESR和耐压值。输出电容必须有足够小的ESR，以满足输出纹波和负载动态响应的需要；同时又必须有足够大的ESR以满足稳定性的要求。电容值也要足够大以满足满载到空载转换时吸收电感储能的需要。 输出滤波电容的计算公式如下：

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第2章 高频开关电源主电路的设计与实现

Cf?DdTD?1?D?

8Lf?UOPP令输出电压交流纹波峰峰值为?VOPP?50mV，代入公式得到：

Cf?310?0.85??1?0.85??780uF

8?1.39?10?3?0.05电容的等效阻抗为：

Xc?式中

22?V?VOPP ??IOPP?IOPP△V为输出电压纹波的有效值；

?Iopp为输出电流纹波的峰峰值，一般为输出电流额定值的20%。代入参数，得到：Xc?0.135

查电解电容的手册，选用四个容量为220uF/250V的电解电容并联使用。

2.4.5 吸收电路器件的选择

吸收电路又称为缓冲电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt 或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗，避免器件二次击穿和抑制电磁干扰， 提高电路的可靠性。本文采用的是RC 缓冲电路，这种缓冲电路的参数计算如下：

缓冲电路电容C可由下式求得

2LI0C?2

VCEP式中L为主回路杂散电感 I为器件关断时的漏极电流 VCEP为缓冲电容的电压稳态值

Ed为直流电源电压

缓冲电路电阻的选择是按希望器件在关断信号到来之前，将缓冲电容所积累的电荷放净，可由下式估算：

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第2章 高频开关电源主电路的设计与实现

R?1

2?3?CX?fx如果缓冲电路电阻过小，会使电流波动，器件开通时的漏极电流初始值将会增大，因此，在满足上式的前提下，希望选取尽可能大的阻值，缓冲电阻上的功耗与其阻值无关，可由下式求出：

L?I02?fsPS?

2吸收二极管D必须选用快恢复二极管，其额定电流应不小于主电路器件额定电流的1/10。此外，应尽量减小线路电感，且应选用内部电感小的吸收电容。

根据以上分析，可选择缓冲电路参数为： C =1.1 nF/400V R =150?/5 W

2.4.6功率器件的选择

主电路的拓扑电路如图2-3所示，整流滤波后的直流电压最大值为358V，功率开关管的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍。本电路功率管的额定电压可选用700V以上的，且输出滤波电感电流的最大值为27.5A，则变压器原边电流的最大值为IP(MAX)?27.5A/n?27.5A/2.75?10A，这也是功率管中最大的电流，考虑到2倍的余量，可以选用额定电流20A的功率开关管。

综合对额定电压和额定电流的要求，功率开关管选用IXFX27N80Q，其漏源电压为800V，最大电流为27A。

本电源的开关频率为85KHz，输出整流二极管选用快恢复二极管。变压器的副边是全波整流电路，加在整流管上的反向电压为VDR?2Vin/n=(2×358)/2.75=260V。整流管开通和关断时有一定的电压振荡，考虑到2倍余量，可以选用耐压高于520V的快恢复二极管，且流过整流管的最大电流是27.5A。 根据反向承受的电压和流过的最大电流，选用快恢复二极管DSEI60-06C，其反向耐压为600V，流过的最大电流为60A，且其反向恢复时间为35ns，比较短。

2.5本章小结

本章节主要对高频开关电源主电路进行设计以及参数计算。主电路采用的是

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第2章 高频开关电源主电路的设计与实现

移相全桥控制电路，在全桥电路中，超前桥臂开通时，利用变压器的漏感和折算到原边的输出滤波电感和功率管的漏源极间电容形成谐振回路，实现MOSFET管的零电压开通；滞后臂开通时，仅利用变压器的漏感和功率管的漏源极间结电容形成谐振回路，实现MOSFET管的零电压开通。并且针对滞后桥臂零电压难实现和直流分量抑制的问题进行讨论。输出采用全波整流电路。

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