双管正激开关电源为什么采用两个开关管
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双管正激开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构,具有高效率、高功率密度、良好的负载调整率等优点。在双管正激开关电源中,变压器是核心部件之一,其设计和参数选择对整个电源的性能有着重要的影响。
双管正激开关电源是一种采用两个开关管的正激型开关电源,其基本工作原理如下:
1.1 工作过程
在开关管导通时,输入电压Vin通过开关管和变压器的初级线圈加到负载上,此时变压器的次级线圈产生感应电压,经过整流滤波后得到输出电压Vout。
在开关管截止时,变压器的初级线圈通过续流二极管和开关管的寄生电容进行续流,以维持磁芯的磁通量不变。
1.2 工作模式
双管正激开关电源的工作模式主要有两种:连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)。在连续导通模式下,变压器的次级线圈在整个开关周期内都有电流流过;而在不连续导通模式下,变压器的次级线圈在开关周期的某个时间段内没有电流流过。
2.1 变压器的类型
双管正激开关电源中常用的变压器类型有:环形变压器、E型变压器、RM型变压器等。不同类型的变压器具有不同的性能特点,如环形变压器具有较高的效率和较小的漏感,但成本较高;E型变压器成本较低,但效率和漏感性能相对较差。
2.2 磁芯的选择
磁芯是变压器的核心部件,其材料和形状对变压器的性能有着重要的影响。常用的磁芯材料有:铁氧体、硅钢片、镍锌铁氧体等。磁芯的形状有:E型、U型、环形等。在选择磁芯时,需要考虑其磁导率、饱和磁通密度、损耗等参数。
2.3 线圈的绕制
线圈的绕制方式对变压器的性能有着重要的影响。常用的绕制方式有:单层绕组、多层绕组、分段绕组等。在选择绕制方式时,需要考虑其绕制密度、绕组电阻、漏感等参数。
3.1 基本公式
双管正激开关电源变压器初级匝数的计算公式如下:
Np = (Vin * D) / (Vp * Ns)
其中,Np为初级匝数,Vin为输入电压,D为占空比,Vp为变压器的初级感应电压,Ns为次级匝数。
3.2 占空比的确定
占空比D是开关管导通时间与整个开关周期的比值,其取值范围为01。在连续导通模式下,占空比D通常取值在0.50.8之间;在不连续导通模式下,占空比D通常取值在0.3~0.5之间。
3.3 初级感应电压的确定
初级感应电压Vp是变压器初级线圈在开关管导通时产生的感应电压,其大小与变压器的匝数比、磁芯的磁导率、开关频率等因素有关。在设计时,需要根据具体的应用需求和电源参数来确定Vp的大小。
3.4 次级匝数的确定
次级匝数Ns是根据输出电压Vout和变压器的匝数比来确定的。匝数比是变压器初级匝数与次级匝数的比值,其大小决定了输出电压的大小。在设计时,需要根据输出电压的要求和变压器的匝数比来确定Ns的大小。
假设我们需要设计一个输入电压为220V,输出电压为12V,输出功率为100W的双管正激开关电源。根据上述计算公式和设计要点,我们可以进行如下设计:
4.1 确定占空比
假设我们选择连续导通模式,占空比D取0.6。
4.2 确定初级感应电压
假设我们选择铁氧体磁芯,磁导率为3000,开关频率为50kHz,根据磁芯的饱和磁通密度和损耗特性,我们可以确定Vp取100V。
开关模式电源又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。它可以将交流电转换成直流电,或者将直流电转换成交流电。它的主要功能是将高压交流电转换成低压直流电,或者将低压直流电转换成高压交流电。
开关电源的工作原理是将直流电输入到电路中,电路中的开关元件将直流电转换成交流电,然后将交流电输出到负载中。开关电源不同于线性电源,开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换,这两个模式都有低耗散的特点,切换之间的转换会有较高的耗散,但时间很短,因此比较节省能源,产生废热较少。
开关电源一般由输入部分、控制部分、转换部分和输出部分组成。输入部分由交流电源、滤波器、接地线等组成;控制部分由控制电路、变压器、可控硅等组成;转换部分由开关元件、电感元件、电容元件等组成;输出部分由负载、稳压电路等组成。
开关电源的特点主要有:
1.输出电压稳定性高:开关电源的输出电压稳定性高,可以满足各种电子设备的要求;
2.效率高:开关电源的效率高,可以节省能源;
3.尺寸小:开关电源的尺寸小,可以更好地适应各种空间环境;
4.可靠性高:开关电源的可靠性高,可以提高电子设备的使用寿命;
5.低成本:开关电源的成本低,可以降低电子设备的制造成本。
开关电源的可靠性主要取决于电源的质量、结构设计、制造工艺和使用环境等因素。此外,开关电源的可靠性还受到电源的热管理、电源的电磁兼容性、电源的电磁干扰等因素的影响。
开关电源的应用范围很广泛,主要用于电脑、电视、家用电器、通信设备、医疗设备、工业控制系统等。