基于单片机开关电源及PCB设计--电气自动化毕业论文(6)

单片开关电源及PCB设计 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 输入TOPSWitch-II的变量 UOR UDS（ON） UF1 UF2 KRP 135 10 0.4 0.7 0.4 V V V V % 初级绕组感应电压 TOPSWitch-II的漏-源导通电压 次级绕组肖特基整流管正向压降 反馈电路中高速开关整流管正向压降 初级绕组脉动电流IR与峰值电流IP比例系数 输入高频变压器的结构参数 SJ l AL b M d Ns EE30 1.09 5.77 4.69 13.7 3 2 15 直流输入电压参数 UImin UImax 90 375 V V cm2 cm μH/匝 mm mm 层 匝 铁氧体磁芯型号 磁芯有效横截面积 有效磁路长度 磁芯不留间隙时的等效电感 骨架宽度 安全边距（安全边界宽度） 初级绕组匝数 次级绕组匝数 直流输入电压最小值 直流输入电压最大值 初级绕组电流波形参数 Dmax 62.79 % 最大占空比（对应于umin时） 18

单片开关电源及PCB设计 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 IAVG IP IR IRMS 0.65 1.29 0.52 0.83 A A A A 输入电流平均值 初级绕组峰值电流 初级绕组脉动电流 初级绕组有效电流值 变压器初级绕组设计参数 LP NP NF ALG BM BAC μr δ α DPM e DPm 公制φ SP J 0.15 0.2 1976 16.85 0.05 0.0516 1021.79 83 8 0.25 0.89 0.19 0.15 φ0.16 7.22 μH 匝 匝 μH/匝 T T mm mm mm mm mm mm mm2 A/mm2 初级绕组电感量 初级绕组匝数 反馈绕组匝数 磁芯留间隙后的等效电感 最大磁通密度（BM=0.2~0.3T） 磁芯损耗交流磁通密度（峰-峰值×0.5） 磁芯无气隙时的相对磁导率 磁芯的气隙宽度（δ≥0.051mm） 有效骨架宽度 初级绕组导线的最大外径（带绝缘层） 估计的绝缘层总厚度(厚度×2) 初级绕组导线的裸线直径 初级绕组导线规格 初级绕组导线的横截面积 电流密度J=4~10A/mm2 变压器次级绕组设计参数 ISP 7.14 A 次级绕组峰值电流 19

单片开关电源及PCB设计 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 ISRMS IO IRI SSmin 公制φ DSm DSM NSS 0.546 0.39 电压极限参数 3.52 2.08 2.84 φ0.315 0.31 0.51 A A A mm2 mm mm mm mm 次级绕组有效值电流 直流输出电流 输出滤波电容上的纹波电流 次级绕组线圈最小横截面积 次级绕组导线规格 次级绕组导线最小直径（裸线） 次级绕组导线最大直径（带绝缘层） 次级绕组绝缘层最大厚度 UDmax U（BR）S U（BR）FB 573 91.77 48.14 V V V 最高漏极电压估算值（包括漏感的作用） 次级绕组整流管最高反向峰值电压 反馈电路整流管的最高反向峰值电压 (24) 部分参数的补充

1对于表5中交流磁通密度有两个计算公式： ○

BAC?BMKRP （3.25） ZBAC?108?UImin?UDS?ON??Dmax2fSJNP （3.26）

式中最大磁通密度BM=0.25T，KRP=0.4，代入式（3.25）算出BAC=0.2。式（3.26）可作为验证公式[7]。

2磁芯无气隙时的相对磁导率?○

r

?r与磁芯不留间隙时的等效电感AL、有效磁路长度l、磁芯有效横截面积SJ之间，

存在下述关系式

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单片开关电源及PCB设计 ?r?ALl （3.27） 4?SJ将AL=4.69μH/匝，l=5.77cm，SJ=1.09 cm2，代入式（3.27）得到?r=1.98μH/匝cm

3.3 单片开关电源中电子元器件的选择

3.3.1 选择钳位二极管和阻塞二极管

(1) 瞬态电压抑制器的工作原理

瞬态电压抑制器亦称瞬变电压抑制二极管，其英文缩写为TVS ( Transient voltage Suppressor)，是一种新型过压保护器件。由于它的响应速度极快、钳位电压稳定、体积小、价格低，因此可作为各种仪器仪表、自控装置和家用电器中的过压保护器。还可用来保护单片开关电源集成电路、MOS 功率器件以及其他对电压敏感的半导体器件[10]。

瞬态电压抑制器是一种硅PN结器件，其外型与塑封硅整流二极管相似，见图3.1中（a）。常见的封装形式有DO－41、A27K、A37K，它们在75 ℃以下的额定脉冲功率分别为2W、5W、15W，在25 ℃、1/120s条件下可承受的浪涌电流分别可达 50A、80A、200A。外形尺寸有?2.7×5.2、?5.0×9.4（mm）等规格。其钳位电压从0.7V到3kV。TVS的符号与稳压管相同 ，见图3.1中（b），伏安特性如图3.1中（c）所示。图3.1中(c)中 ，UB、IT分别为反向击穿电压（即钳位电压）、测试电流。UR为导通前加在 器件上的最大额定电压。有关系式UR≈0.8UB。 IR是最大反向漏电流。Uc是在1ms时间内器件可承受的最大峰值电压。有关系式UC>UB>UR。IP是瞬时脉冲峰值电流。因IP、IT、IR分别属于A、 mA、μA这三个数量级，故IP>>IT>> IR。TVS的峰值脉冲功率PP与干扰脉冲的占空比（D）以及环境温度（TA）有关。当D↓时PP↑，反之亦然。而当TA↓时PP↑。PP值通常是在脉宽1ms、脉冲上升沿为10μs、D=0.01％的条件下测出的，使用时不得超过此值。

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单片开关电源及PCB设计

（a）外形 （b）符号 （c）伏安特性

图3.1 瞬态电压抑制器

瞬态电压抑制器在承受瞬态高电压（例如浪涌电压、雷电干扰、尖峰电压）时 ，能迅速反向击穿，由高阻态变成低阻态，并把干扰脉冲钳位于规定值，从而保证电子设备或元器件不受损坏。钳位时间定义为从零伏达到反向击穿电压最小值所需要的时间。TVS的钳位时间极短，仅1ns，所能承受的瞬态脉冲峰值电流却高达几十至几百A。其性能要优于压敏电阻器（VSR），且参数的一致性好。 (2) 阻塞二极管 1反向恢复时间tIr ○

反向恢复时间tIr的定义是电流通过零点由正向转向反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频整流及续流器件性能的重要技术指标。反向电流的波形如图3.2所示。图3.2中，IF为正向电流，IRM为最大反向 恢复电流，tIr为反向恢复电流，通常规 定Irr=0.1IRM。当t≤t0时，iF=IF。 当t>t0时，由于整流管上的正向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速减小，在 t=t1时刻，iF=0。然后整流管上流过反向电流iR，并且iR逐渐增大；在 t=t2时刻达到最大反向电流IRM。此后反向电流逐渐减小，并且在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与

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