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离线式电源设计

这类变换器通常由输入电压为90~270V的交流电网供电。为保护用户免受高压伤害,这类变换器除使用电感之外(也有的不用电感),都不可避免的采用一个隔离变压器。从磁学角度看,虽然这些拓扑只是基本的DC-DC变换器的衍生物,但是它们与dc-dc变换器却是相当不同的。例如变压器的调频效应(主要是集肤效应和邻近效应)对它们的分析就很有挑战性。另外,随着离线变换器的应用推广,市场上流通的成品电感不能够满足各种应用场合的需求。所以,在这些应用中,通常需要自己设计磁性元件。如前撰述,这是一个很复杂的工作。首先理解dc-dc变换器设计和学习成品电感选择,对我们更好地设计离线功率变换器很有帮助。

从设计策略上固有的(常常是完全未阐明的)不同之处来看,离线变换器的dc-dc变换器有很明显的区别,比如磁性元件的体积和变换器的电流限制的关系。它们的相似点(正如许多文献中所提出的)两种磁性元件都有很宽的输入电压范围,而不是只有单一的输入电压值。但是宽的输入电压范围又会带来一个问题:对于一个给定的应力参数,在规定的输入电压范围内,最恶劣的电压值是多少?因此我们经常以最恶劣情况来选择功率器件,以保证它们能在应用中安全运行。另外,如果刚好有一此应力参数在选择器件时起决定性作用,为了可靠性,在选择这些应力参数时通常要留一定的安全裕量。然而问题是即使在同样的输入电压下,不同的应力参数对应的恶劣条件也不同,所以我们在设计宽范围输入电压的变换器时必须小心应对。的确,设计具有一定功能的开关变换器是不难的,但是要把它设计得性能良好却不是一件容易的事。

对于宽输入电压范围应用场合,设计下面两个步骤:

1.首先是常用电感设计。选择一个现成的标准电感并验证它是适合我们的需要。判断一个电感是否符合要求的标准是:从电感角度来讲,在最恶劣的工作电压下它是否能够持续正常工作,当然这和我们选用的拓扑有关。

2.然后我们要考虑其他的功率器件。我们会指出各种情况下哪些应力参数是重要的,并指出当它们达到最大值时对应的输入电压,以及最终如何选择器件。

注意:虽然我们都是以buck电路的设计步骤为例,但注释方案清晰地说明,把该步骤或公式应用在boost和buck-boost电路设计时应该做的变化。



西方节选自《精通开关电源设计》,由镭之源激光电源整理

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