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2017.06.08 AC/DC

绝缘型反激式转换器电路设计:主要部件的选定−输出整流器和Cout

AC/DC PWM方式反激式转换器设计方法

本节将说明配置在变压器T1二次侧上的整流用二极管D6、输出电容器(Cout)C7和C8。

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首先,先简单说明此部分如何工作。在变压器T1的二次侧上,一次侧MOSFET开关(ON/OFF)所产生的电能,穿过绝缘势垒层传送。由于AC电压重复ON/OFF,为了能转换成必要的DC电压,因此经由1个二极管D6进行二极管整流,成功转换成DC。整流后的电压由于存在着纹波,所以使用输出电容器C7、C8平滑纹波,转换成纹波小的DC电压。

就整体电流的流向而言,如同在“绝缘型反激式转换器的基础:开关AC/DC转换”项目中所说明般,来自于AC电源的输入电压经由桥式二极管整流,暂时转换成DC电压。而该DC电压再经由开关电源IC所控制的MOSFET,只切分(斩波)出必要的功率,成为AC电压,接着经由整流该输出段和平滑电路,转换成想要的DC电,本设计中则是转换成12VDC。关于整体电路请参照“绝缘型反激式转换器电路设计”项目。

输出整流二极管 D6

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如同上述,D6整流变压器T1二次侧所产生的AC电压,再转换成DC输出。就像电路图所示般,和采用二极管整流(异步)方式的DC/DC转换器相同。不同的部分只有一次侧的DC电压,为数百伏特的高电压。

输出整流二极管,为了降低损耗,使用高速二极管(肖特基二极管、快速恢复二极管)。如果使用一般的二极管,就无法获得想要的电源性能,最糟时还可能因为发热造成破坏。基本上,和二极管整流DC/DC转换器选择二极管的方式相同。

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考虑余量,选定87V÷0.7=124V ⇒ 200V规格品

二极管的损耗(概算值)为: Pd=VF×Iout=1V×3A=3W

一般的推荐使用电压余量的70%以下、电流的50%以下。在示例电路中,使用ROHM的快速恢复二极管 RF1001T2D(200V 10A、TO-220F封装)。

最后,在组装到电路状态,确认温度上升状况,必要时重新探讨部件,并加装散热片帮助散热。

输出电容器(Cout) C7 、C8

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输出电容器除了整流平滑电压纹波,也能负载电流瞬态増加时维持电路稳定。

一次侧的MOSFET ON的时,电流流过二极管D6(OFF),输出电容器供给电流至负载。MOSFET OFF时,二极管D6导通(ON),输出电容器C7和C8充电并供应电流至负载。

输出电容器根据被供电设备可容许峰-峰纹波电压(ΔVpp)和纹波电流(Is(rms))来决定。

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一般规定开关电源用电解电容器(低阻抗品)的阻抗为100kHz,所以

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也就是说,200mVpp的纹波电压容许值时,必须选择阻抗为0.01Ω以下的电容器。

接着,算出纹波电流,并根据该纹波电流数值探讨电容器额定纹波电流值。

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耐压以输出电压2倍为标准。 Vout×2=12V×2=24V ⇒ 25V以上

示例电路中并联2个开关电源用低阻抗型35V 1000μF的电容器。

输出电容器一般使用电解电容器。电解电容器属于寿命有限的部件,纹波电流流过越多寿命越短。相关寿命由电容器厂商告知计算方法和规定,请向电容器厂商确认。

关于输出纹波电压及纹波电流,必须在实际的电路确认。

关键要点:

・基本的电路工作与二极管整流式DC/DC转换器相同。

・输出整流二极管,使用损耗小的肖特基二极管、快速恢复二极管。

・输出电容器所使用的电解电容器,要根据纹波电流和寿命充分考量。

PWM方式反激式转换器设计手法