【开关电源主电路设计详解】
开关电源是一种广泛应用在各种电子设备中的电源转换装置，其主电路设计至关重要，涉及多个技术指标、元器件选择和计算。本篇将详细讲解开关电源主电路设计的主要技术指标、主电路选型以及关键元器件参数的计算。
**主要技术指标**
1. **输入参数**：
- **输入电压**：开关电源需适应不同地区标准，如国内、国际通用电压范围，以及直流的额定值和变化范围。
- **输入频率**：民用通常为50Hz，而航空、航天等特殊领域可能为400Hz。
- **输入相数**：根据功率需求选择单相或三相。
- **输入电流**：包括额定输入电流和最大电流。
- **输入功率因数和谐波**：符合标准要求，通常需要采取措施改善。
2. **输出参数**：
- **输出电压**：额定值和调节范围。
- **输出电流**：额定值、过载能力及调节范围。
- **稳压、稳流精度**：确保输出稳定，误差在允许范围内。
- **输出特性**：通常是恒压恒流。
- **纹波**：分为高频噪声、开关频率纹波和低频纹波，通过纹波系数、峰峰电压值等量化。
- **效率**：衡量输入有功功率与输出功率的比例。
3. **电磁兼容性能指标**：
- 电磁兼容性涉及装置对外界干扰的抵抗力和自身产生的干扰水平，需符合IEC61000—4和GB/T17626系列等标准。
4. **其他指标**：
- **体积和重量**：通过提高开关频率来减小。
- **环境温度**：不同应用场景有不同的温度范围要求。
- **海拔高度**：需考虑绝缘距离的增加。
**主电路设计**
1. **主电路选型**：
- **反激型**：适用于功率小于100W的电源。
- **正激型**：适用于100W以上，工作环境复杂或输出短路频繁的情况。
- **半桥型**：适用于500W以上，成本控制严格的场合。
- **全桥型**：适用于大功率应用。
- **推挽型**：适用于输入电压低、功率较大的场景。
2. **硬开关与软开关电路**：
- 一般选择硬开关电路，对效率、体积、重量有极高要求时可选软开关电路，软开关是未来发展趋势。
3. **主电路元器件参数计算**：
- **变压器设计**：
- **电压比**：考虑最大占空比和最低输入电压。
- **铁心选择**：依据工作电压、电流和频率选择合适的型号。
- **绕组设计**：包括匝数和导体截面积的计算。
- **输出滤波电路**：
- **滤波电感**：电感量由输出电压、电流、开关频率和纹波决定。
- **滤波电容**：依据纹波有效值计算电容阻抗。
- **开关器件和二极管**：
- 设计时必须确保器件工作在安全工作区(SOA)，同时考虑结温。
- 整流二极管和开关器件要考虑峰值电流、平均电流、通态损耗和开关损耗，并配备适当的散热措施。
**实例设计**：
以三相380V交流输入，220V直流输出，最大10A电流为例，设计时需要计算变压器参数、输出滤波电路的电感和电容，以及开关器件和二极管的规格，确保在满足纹波要求的同时，满足效率、体积、重量和电磁兼容性的要求。
主电路设计是开关电源设计的核心环节，涉及多方面因素的综合考量，既要保证性能指标的实现，也要考虑实际应用环境的适应性和成本效益。
