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10W电源详细设计步骤

2024-08-21 15:54
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        昨天有朋友问我会不会设计输出5V/2A的电源,我想那不就是我们日常使用的充电器吗,搞得我一头雾水,经过了解原来是他的产品在试跑时发现了问题,经过维修发现问题出在了输出线路上,但是可能由于先入为主的观念,从而导致自己查看了好几遍都没发现问题出在哪里,所以想要问问能不能帮忙计算一下他的原理图上的参数,然后再对照自己目前的参数,这样说不定可以发现问题出在哪里。

        经过他的同意,将不带参数的原理图分享出来,然后用我的计算方式来计算出各个元器件的参考数值,希望对他有所帮助。

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        按照他的描述,输入电压为:DC10V~14V;输出电压为5V;输出电流为2A;输出电压纹波峰值为30mv;输出精度为1%。

        按照他给的参数,我们可以预先估计出输出功率为10W;输入功率为10W/0.8=12.5W;功率开关损耗为(12.5-10)x 0.4=1W;续流二极管损耗为(12.5-10)x 0.6=1.5W。

        输入端在低压输入时的平均电流为12.5/10=1.25A;在高电压输入时的平均电流为12.5/14=0.9A;估计峰值电流为1.4 x Iout=1.4 x 2=2.8A,产品要求的工作频率为100Hz。

        如果是我设计的话,那我接下来就要进行电感设计,首先我们假设在最差的条件下,也就是发生在高输出电压的情况下:Lmin=【(Vin(max)-Vout)(1-Vout/Vin(max))】/(1.4 x Iout(min)x f)=【(14-5)(1-5/14)】/(1.4 x 0.5 x 100)=82.6uH。

        图中选择的功率开关管为SO8封装的FDS9435的P沟道MOSFET,这里就不做详细介绍,从电源的参数我们知道MOS的Vdss额定值要大于30V;峰值电流为2.8A,为了让损耗小于1W,我们可以估算出Rds最大值为:Rds(max)=Pd/(I*I)=1/(2.8  x  2.8)=0.1275。

           因为续流二极管选择比较简单,这里就不讲了,接下来要计算出输出电容的值:输出电容值有以下参数决定:Cout=【Iout(max)*(1-DC(min))】/(f*Vpp)=【2*(1-5/14)】/(100*30)=429uF。对输出和输入滤波电容主要关心的是流过这些电容的纹波电流,在这种情况下,纹波电流和电感上的电流的交流分量是相同的。电感电流最大值为2.8A,纹波电流峰值为1.8A,纹波电流的有效值为0.6A(我一般将它约为峰值的1/3)。

  输入滤波电容的参数为:Cin=Pin/(f*Vpp*Vpp)=12.5/(100*1*1)=125uF。

       从图中,我们可以看到产品使用的芯片为UC3873,依照数据手册,开关频率的设置为:C1=1/(15KΩ*f)=1/(15*100)=666pf,我们取直接近的680PF。

        这种芯片的保护方式是逐周电流检测,当电流信号超过0.47V的阈值时,就立刻关断功率开关,在设计时,在最大的电流峰值和保护电流阈值之间我们一般留有1/4的裕度。所以R1=0.47/3.5=0.134Ω,我们取最接近的0.1Ω。

     这样检测电流为1.006mA,上端电阻R3=(5-1.5)/1.006mA=3.48KΩ。

    剩余就是为了维持高频的稳定性,从而计算出误差放大器的补偿参数。

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