100W充電器設計實例

設計實例

假設主電路輸出電感L的設計要求是用于單端正激變換器和濾波器的，見圖。變換器的技術要求如下：

輸出功率=100W

輸出電壓=5V

輸出電流=20A

工作頻率=30kHz

最小負載=20%

這種充電器設計方法可假設輸出紋波電流必須不超過lload=的30%（在這個例子中lload的峰峰值為6A）。

考慮到容許控制范圍中，在標稱輸入下脈沖寬度應取總周期的30%，即為10μs。

在脈寬為總周期30%的條件下，系統為了能夠提供5V輸出，變壓器副邊電壓將為：

式中，tp=30kHz的總周期，單位為ms；

ton=導通時間，單位為ms；

Vs=副邊電壓。

在前向導通期間內，電感L1上的電壓為副邊電壓減去輸出電壓。這里假設輸出電容C較大，而在導通期間其電壓變化是可以忽略不計的，那么：

Vl=Vs-Vout=16.66-5=11.66V

穩態情況下，導通期間的電流變化必須等于關斷期間的電流變化，在該例中為6A忽略二階量的影響，電感值可以根據下式來計算

式中，L=所需的電感，單位為μH；

△t=導通時間，單位為μs；

△i=導通時間內電流的變化；

VL=電感電壓。

因此

L=11.66*（10/6）=19.4μH

注意：假設電感上的電壓在導通期間不變，而且dd也是不變的，可以使用一個簡單的線性方程式計算。

在這個充電器設計例子中，為了使得導通期間能夠存儲足夠的能量來維持關斷期間的輸出電流，應該選擇大的電感。在推挽式正激變換器中，關斷時間要小得多，所以副邊電壓和電感值也較小。

選擇輸出濾波器的元件值

圖中，主電路輸出的電感L1與存儲電容C1的大小與數值取決于以下幾個因素：變換器的類型，工作頻率，最大負載電流，最小負載電流，工作周期的占空比，紋波電流，紋波電壓，瞬態響應，輸出電壓。

一般來說，應該考慮根據該變換器的類型來對L1進行選擇。

降壓變換器的主輸出電感的取值

一般來說，降壓變換器輸出濾波電路中的主電感L1應盡可能小，以獲得最好的瞬態響應及最低的成本。如用了大電感，那么充電器就不能迅速響應負載電流的變化。反之，如果用太小的電感，那么將在輸出部件和變換電路中產生很大的紋波電流，這將降低電路的效率，甚至在輕載時會出現不連續的工作狀態。

選擇L1的方法：在最小負載電流時（即經常定義為1=的10%電流時），該電感能夠連續導通。

保持電感連續導通有兩個好處：第一，當負載變化時，只要求控制電路的控制脈沖寬度做出很小的變化便能控制輸出電壓，使得電感在整個工作周期內保持導通狀態：第二在負載變化的范圍之，紋波電壓將保持為一個較低的值。

但是這種方法的主要缺點是電感值可能非常大，如果必須要控制負載電流下降到零值，這種方法不能使用。

第二個選擇L1的方法是常用的方法：使紋波電流有一個可以接受的峰一峰值的限制，例如，在輸人電壓的標稱值下，要求紋波電流峰峰值限制在最大負載電流的10%~30%。

注意：在反澈變換器中，主電感L和變壓器是一體的，它的值根據功率特換要求來確定。在這種變換器中，濾波元件特別是整個能量特換系統必須能夠承受大紋波電流。

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