電路達人經驗談:模塊電源(AC-DC)的設計

本設計電源的輸入電壓是50Hz交流電壓85～265Vac，需要整流成直流再參與變換。最簡單的方法是整流橋整流，50Hz交流電壓經過全波整流后變成脈動直流電壓，再通過輸入濾波電容得到直流高壓。

1、輸入整流濾波單元

1)整流橋的選擇

整流橋的主要參數有反向峰值電壓VRR(V)，正向壓降VF(V)，平均整流電流IF(A)，正向峰值浪涌電流IFSM(A)，最大反向漏電流IRM(μA)。

整流橋的反向擊穿電壓VRM應滿足下式要求：VRM>1.25*1.4Vinmax 即1.25*1.4*265=450 V，應選耐壓600V的整流橋，整流橋額定的有效值電流為IF，應當使IF≥3IRMS。計算IRMS的公式如下：

IRMS= Is= P/η/Vs=2.5/0.75/110=30.3 mA，實際選用lA、600V的整流橋，以留出一定余量。

2)輸入濾波電容器的選擇

鋁電解電容器的額定電壓的1.3倍作為電容器的浪涌電壓，工作電壓高于160V時，是額定工作電壓+50V作為浪涌電壓，這是生產廠家保證的電壓，可以允許在短時間內承受此電壓。電容器處于浪涌電壓時，電流會很大，如果時間太長，會爆開。 所以鋁電容器應該選用額定電壓稍高的，實際工作電壓為標稱額定電壓的70~80%為宜，所以選用額定電壓值為400V的鋁電解電容。

由于模塊電源體積的限制，在85～265Vac的輸入范圍內，前級儲能鋁電解電容的容值一般選取2倍于輸出功率的值，即2.5*2=5，綜上，鋁電解電容的取值以4.7μF/400V為宜。

2、功率變壓器的設計

1) 考慮到2.5W的輸出功率實際很小，還有模塊電源的體積限制。選擇截面積足夠而體積盡可能小的EPC13(Ae=12.5mm2)的鐵氧體磁芯來完成功率的轉換。

2) 計算ton

原邊繞組開關管的最大導通時間對應在最低輸出電壓和最大負載時發生。 設D=ton/Ts=0.45

有：Ts=1/f=1*106/66*103=15.2 μs

ton =D* Ts =0.45*15.2=6.84 μs3) 計算最低直流輸入電壓

設電源在最低電壓時輸出最大負載，計算輸入端的直流電壓。對于單項交流整流用電容濾波，直流電壓不會超過交流電壓有效值的1.4倍也不小于1.2倍。現取1.3倍。即：Vs=85*1.3=110 V

4) 選擇工作時的磁通密度值

已知EPC13的中心柱磁路的有效面積Ae=12.5mm2，飽和磁感應強度在100℃時是390mT，則65%的飽和值：
△Bac=390*0.65=250 mT。

5) 計算原邊匝數

因為變壓器輸入電壓是一個方波，一個導通期間的伏秒值與原邊匝數關系：

Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )

式中 Np—原邊匝數

Vs—原邊直流電壓

ton—導通時間

Ae—磁芯有效面積

即：

Np=Vs *ton/ (△Bac * Ae )=110*6.84/(0.25*12.5)=240 匝

6) 計算副邊匝數

輸出電壓5V，整流管壓降0.5V，則副邊繞組對應電壓值為Vo= 5+0.5=5.5V

原、副邊繞組匝比為Vs*D/【Vo*(1-D)】=110*0.45/【5.5*(1-0.45)】=16.36

副邊匝數Ns=240/16.36=14.7 匝，取整數15匝7) 自供電繞組的匝數

根據VIOer12A芯片的資料，自供電電壓取值為11V左右為宜，則Vf=15*(11+0.7)/(5+0.5)=31.9 匝，取整數32匝