參賽類型：開關(guān)電源
本帖介紹一種特定需求的開關(guān)電源
本開關(guān)電源適用于以下2種產(chǎn)品：
1. 多單元串聯(lián)型高壓變頻器中，功率單元的輔助電源（高壓取能電源）
2. 大功率并網(wǎng)光伏匯流箱輔助電源
主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 輸入工作電壓：DC200 — 1300V
2. 啟動(dòng)電壓：DC300V
3. 輸出：DC24V，20W
4. 工作環(huán)境溫度：-25 — +
【設(shè)計(jì)大賽】高電壓輸入，小功率電源
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MOS管好買嗎？本設(shè)計(jì)始于十年之前，最初是用于多單元串聯(lián)型高壓變頻器中功率單元的輔助電源，十年來已被多家制造高壓變頻器的公司抄襲，最近，聽說連“臺(tái)達(dá)”也在抄襲。因此，為支持電源網(wǎng)的大賽，特此公開發(fā)布。
本設(shè)計(jì)已經(jīng)歷了10年的應(yīng)用考驗(yàn)，可靠性極好。
該電源的第一版設(shè)計(jì)，輸出功率30W。后發(fā)現(xiàn)高壓變頻器中功率單元的輔助電源只需要10W就夠用了。三年前，又要設(shè)計(jì)光伏匯流箱輔助電源，額定功率20W（實(shí)際使用大約只有10W），因此，設(shè)計(jì)了第二版，高壓變頻器和光伏通用版，也就是現(xiàn)在公開的設(shè)計(jì)，比第一版大大的縮小了體積，PCB上的絕緣距離小了，所以，這一版是需要灌封的。
本設(shè)計(jì)單看原理拓?fù)渌坪鯚o任何新意，是一個(gè)最經(jīng)典最普通的單端反激電路。是的，本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵不在原理拓?fù)洌谄骷倪x用，工作模式（DCM）的選擇，關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)及變壓器工藝設(shè)計(jì)。下面會(huì)對(duì)這些問題一一講解。
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@世界真奇妙
本設(shè)計(jì)始于十年之前，最初是用于多單元串聯(lián)型高壓變頻器中功率單元的輔助電源，十年來已被多家制造高壓變頻器的公司抄襲，最近，聽說連“臺(tái)達(dá)”也在抄襲。因此，為支持電源網(wǎng)的大賽，特此公開發(fā)布。本設(shè)計(jì)已經(jīng)歷了10年的應(yīng)用考驗(yàn)，可靠性極好。該電源的第一版設(shè)計(jì)，輸出功率30W。后發(fā)現(xiàn)高壓變頻器中功率單元的輔助電源只需要10W就夠用了。三年前，又要設(shè)計(jì)光伏匯流箱輔助電源，額定功率20W（實(shí)際使用大約只有10W），因此，設(shè)計(jì)了第二版，高壓變頻器和光伏通用版，也就是現(xiàn)在公開的設(shè)計(jì)，比第一版大大的縮小了體積，PCB上的絕緣距離小了，所以，這一版是需要灌封的。 本設(shè)計(jì)單看原理拓?fù)渌坪鯚o任何新意，是一個(gè)最經(jīng)典最普通的單端反激電路。是的，本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵不在原理拓?fù)洌谄骷倪x用，工作模式（DCM）的選擇，關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)及變壓器工藝設(shè)計(jì)。下面會(huì)對(duì)這些問題一一講解。
關(guān)注一下變壓器怎么設(shè)計(jì)的。波形怎么看？示波器能看不？
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首先說說器件的選用
該電源設(shè)計(jì)的首要問題是選擇耐壓足夠高的主功率管，IXYS的IXBH5N160G（5.7A，1600V）是BIMOSFET類器件，這類器件的特點(diǎn)是高耐壓，開關(guān)速度在MOSFET和IGBT之間。實(shí)測(cè)其耐壓均高于1900V，有較大額外的耐壓余量。一般MOSFET額外的耐壓余量都很小。這是我們?cè)谶x擇器件時(shí)必須注意的問題。由于IXBH5N160G有300V以上額外的耐壓余量，因此在設(shè)計(jì)電源時(shí)，其額定耐壓1600V可以滿打滿算使用。
其次，該電源在光伏中應(yīng)用時(shí)，要求供電電壓低于250V時(shí)不能啟動(dòng)，啟動(dòng)電壓要在300V左右。為了減小高電壓供電時(shí)啟動(dòng)電阻的功耗，選擇了低啟動(dòng)電流的SG3842G，在啟動(dòng)電阻回路里串聯(lián)了一只TVS（P6KE250A），使電源供電低于250V時(shí)不能啟動(dòng)。
IXBH5N160G是德國(guó)IXYS公司的產(chǎn)品，由于國(guó)內(nèi)在高壓變頻器中大量使用，代理商備有現(xiàn)貨。容易采購。
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@世界真奇妙
首先說說器件的選用該電源設(shè)計(jì)的首要問題是選擇耐壓足夠高的主功率管，IXYS的IXBH5N160G（5.7A，1600V）是BIMOSFET類器件，這類器件的特點(diǎn)是高耐壓，開關(guān)速度在MOSFET和IGBT之間。實(shí)測(cè)其耐壓均高于1900V，有較大額外的耐壓余量。一般MOSFET額外的耐壓余量都很小。這是我們?cè)谶x擇器件時(shí)必須注意的問題。由于IXBH5N160G有300V以上額外的耐壓余量，因此在設(shè)計(jì)電源時(shí)，其額定耐壓1600V可以滿打滿算使用。其次，該電源在光伏中應(yīng)用時(shí)，要求供電電壓低于250V時(shí)不能啟動(dòng)，啟動(dòng)電壓要在300V左右。為了減小高電壓供電時(shí)啟動(dòng)電阻的功耗，選擇了低啟動(dòng)電流的SG3842G，在啟動(dòng)電阻回路里串聯(lián)了一只TVS（P6KE250A），使電源供電低于250V時(shí)不能啟動(dòng)。[圖片]IXB_5N160G IXBH5N160G是德國(guó)IXYS公司的產(chǎn)品，由于國(guó)內(nèi)在高壓變頻器中大量使用，代理商備有現(xiàn)貨。容易采購。
如果功率拓展到100W，有沒有可靠方案
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既然電路是普通的單端反激電路，也就不好說別人抄襲。該電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單（相比雙管反激），可靠性當(dāng)然也就不會(huì)差。由于功率小，所以效率低些也不太在意。沒有必要一定用復(fù)雜的雙管反激的拓?fù)?，這是設(shè)計(jì)者在均衡各方面因素后的選擇。樓主可能是第一個(gè)這樣選擇的。但是，別的工程師作出同樣的選擇，也是合情合理的。至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強(qiáng)，我們經(jīng)常會(huì)看到別人用什么管子而也選用同樣的器件。多人用的器件，價(jià)錢和供貨都會(huì)相對(duì)較好。工作模式的選擇，也是常識(shí)性的東西。10-20W的小功率高壓輸入的電源，相信很多人都得會(huì)選擇 DCM模式。這也談不上什么抄襲 ~
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@mko145
既然電路是普通的單端反激電路，也就不好說別人抄襲。該電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單（相比雙管反激），可靠性當(dāng)然也就不會(huì)差。由于功率小，所以效率低些也不太在意。沒有必要一定用復(fù)雜的雙管反激的拓?fù)?，這是設(shè)計(jì)者在均衡各方面因素后的選擇。樓主可能是第一個(gè)這樣選擇的。但是，別的工程師作出同樣的選擇，也是合情合理的。至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強(qiáng)，我們經(jīng)常會(huì)看到別人用什么管子而也選用同樣的器件。多人用的器件，價(jià)錢和供貨都會(huì)相對(duì)較好。工作模式的選擇，也是常識(shí)性的東西。10-20W的小功率高壓輸入的電源，相信很多人都得會(huì)選擇DCM模式。這也談不上什么抄襲~
“至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強(qiáng)”
本人從來沒有說過器件的選用是一種專利，營(yíng)長(zhǎng)不要強(qiáng)加于人。
我的一個(gè)朋友看到，臺(tái)達(dá)的PCB板的布局和我第一版的完全一模一樣，難道不是抄襲嗎？
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@mko145
既然電路是普通的單端反激電路，也就不好說別人抄襲。該電路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單（相比雙管反激），可靠性當(dāng)然也就不會(huì)差。由于功率小，所以效率低些也不太在意。沒有必要一定用復(fù)雜的雙管反激的拓?fù)?，這是設(shè)計(jì)者在均衡各方面因素后的選擇。樓主可能是第一個(gè)這樣選擇的。但是，別的工程師作出同樣的選擇，也是合情合理的。至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強(qiáng)，我們經(jīng)常會(huì)看到別人用什么管子而也選用同樣的器件。多人用的器件，價(jià)錢和供貨都會(huì)相對(duì)較好。工作模式的選擇，也是常識(shí)性的東西。10-20W的小功率高壓輸入的電源，相信很多人都得會(huì)選擇DCM模式。這也談不上什么抄襲~
看起來mko145習(xí)慣于抄襲
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主功率管耐壓1600V，供電電壓最高1300V，只有300V的差額。初步考慮
主功率管反壓≤1300V+120V（反射電壓）+80V（電壓尖峰）
設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：
變壓器：EFD25磁芯，臥式10針骨架，初級(jí)180T，電感量5毫亨，次級(jí)40T。三明治繞法。
工作頻率：約30K，周期33微秒
IXBH5N160G發(fā)射極電流取樣電阻1.8歐姆，峰值電流0.56A
反射電壓計(jì)算：
次級(jí)V/T（每匝電壓） =（24V（輸出電壓）+1V（D7壓降））/40T = 0.625V/T
反射電壓 = 0.625V *180 = 112.5V
輸出整流二極管最高反向電壓 =（1300V/180T）*40T+24V = 313V
考慮電壓尖峰，實(shí)際反向電壓約450—500V，應(yīng)該選用耐壓大于500V的二極管，實(shí)際選用MUR460（4A，600V）
做過CCM工作模式PFC的人都知道，BOOST升壓的超快二極管發(fā)熱很嚴(yán)重，主要是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的。而工作在DCM臨界模式的PFC，BOOST升壓的超快二極管，基本無反向恢復(fù)時(shí)間引起的發(fā)熱問題，輸出功率≤400W時(shí)，可使用不加散熱器的MUR460。
因此本電源的設(shè)計(jì)，輸出整流管應(yīng)工作在DCM模式。
當(dāng)輸入電壓很低時(shí)，將進(jìn)入CCM工作模式，此時(shí)輸出整流管承受的反向電壓也大大降低，二極管因反向恢復(fù)時(shí)間的發(fā)熱也會(huì)大大降低，因此可以工作在CCM模式。
設(shè)供電電壓400V，二極管承受的反向電壓=（400/180）*40+24=113V，可以作為DCM與CCM工作模式的臨界點(diǎn)。
下面根據(jù)這一設(shè)計(jì)思路計(jì)算一下工作模式
變壓器儲(chǔ)能（主功率管導(dǎo)通）時(shí)間=0.56A/（400V/5000微亨）=7微秒
變壓器初級(jí)每匝電壓=400V/180T=2.222V/T
變壓器釋放儲(chǔ)能（整流二極管導(dǎo)通）時(shí)，變壓器次級(jí)每匝電壓=（24+1V）/40T=0.625V/T
根據(jù)伏秒平衡原理，變壓器釋放儲(chǔ)能時(shí)間=7微秒*（2.22/0.625）=24.9微秒
一個(gè)工作周期時(shí)間=7+24.9=31.9微秒＜33微秒。滿足作為DCM與CCM工作模式的臨界點(diǎn)要求。
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@世界真奇妙
主功率管耐壓1600V，供電電壓最高1300V，只有300V的差額。初步考慮主功率管反壓≤1300V+120V（反射電壓）+80V（電壓尖峰）設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：變壓器：EFD25磁芯，臥式10針骨架，初級(jí)180T，電感量5毫亨，次級(jí)40T。三明治繞法。工作頻率：約30K，周期33微秒IXBH5N160G發(fā)射極電流取樣電阻1.8歐姆，峰值電流0.56A 反射電壓計(jì)算：次級(jí)V/T（每匝電壓）=（24V（輸出電壓）+1V（D7壓降））/40T=0.625V/T反射電壓=0.625V*180=112.5V 輸出整流二極管最高反向電壓=（1300V/180T）*40T+24V=313V考慮電壓尖峰，實(shí)際反向電壓約450—500V，應(yīng)該選用耐壓大于500V的二極管，實(shí)際選用MUR460（4A，600V） 做過CCM工作模式PFC的人都知道，BOOST升壓的超快二極管發(fā)熱很嚴(yán)重，主要是二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的。而工作在DCM臨界模式的PFC，BOOST升壓的超快二極管，基本無反向恢復(fù)時(shí)間引起的發(fā)熱問題，輸出功率≤400W時(shí)，可使用不加散熱器的MUR460。因此本電源的設(shè)計(jì)，輸出整流管應(yīng)工作在DCM模式。當(dāng)輸入電壓很低時(shí)，將進(jìn)入CCM工作模式，此時(shí)輸出整流管承受的反向電壓也大大降低，二極管因反向恢復(fù)時(shí)間的發(fā)熱也會(huì)大大降低，因此可以工作在CCM模式。設(shè)供電電壓400V，二極管承受的反向電壓=（400/180）*40+24=113V，可以作為DCM與CCM工作模式的臨界點(diǎn)。 下面根據(jù)這一設(shè)計(jì)思路計(jì)算一下工作模式變壓器儲(chǔ)能（主功率管導(dǎo)通）時(shí)間=0.56A/（400V/5000微亨）=7微秒變壓器初級(jí)每匝電壓=400V/180T=2.222V/T變壓器釋放儲(chǔ)能（整流二極管導(dǎo)通）時(shí)，變壓器次級(jí)每匝電壓=（24+1V）/40T=0.625V/T根據(jù)伏秒平衡原理，變壓器釋放儲(chǔ)能時(shí)間=7微秒*（2.22/0.625）=24.9微秒一個(gè)工作周期時(shí)間=7+24.9=31.9微秒＜33微秒。滿足作為DCM與CCM工作模式的臨界點(diǎn)要求。
看上去沒有什么新意，都是采用很常用的器件和方案，但真要把他做好還真不容易。主要是在輸入到1000V 以上時(shí)的初級(jí)PCB布線安規(guī)問題 變壓器的耐壓 以及做好后的測(cè)試問題。樓主詳細(xì)講解這些問題是如何解決的
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@wuyuki
呵呵樓主說別人抄這個(gè)板，只是在抬高本設(shè)計(jì)，討論不要太偏激了。
“樓主說別人抄這個(gè)板，只是在抬高本設(shè)計(jì)，討論不要太偏激了。”
你的這種說法，本身就太偏激了。有本事你也發(fā)一個(gè)值得別人抄的？自己沒有做過的事不要隨便貶低別人。
高輸出電壓的開關(guān)電源不是太難做，主要要處理好變壓器，還可以用倍壓的方式提高輸出電壓。高輸入電壓的開關(guān)電源難度很大，我解剖過一個(gè)輸入直流電壓2千多伏幾十瓦的開關(guān)電源，效率也就60%多點(diǎn)。難點(diǎn)很多，材料成本也很高，使用了一只4000V的管子，估計(jì)要幾百元。
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@hihi
“樓主說別人抄這個(gè)板，只是在抬高本設(shè)計(jì)，討論不要太偏激了。”你的這種說法，本身就太偏激了。有本事你也發(fā)一個(gè)值得別人抄的？自己沒有做過的事不要隨便貶低別人。高輸出電壓的開關(guān)電源不是太難做，主要要處理好變壓器，還可以用倍壓的方式提高輸出電壓。高輸入電壓的開關(guān)電源難度很大，我解剖過一個(gè)輸入直流電壓2千多伏幾十瓦的開關(guān)電源，效率也就60%多點(diǎn)。難點(diǎn)很多，材料成本也很高，使用了一只4000V的管子，估計(jì)要幾百元。
那我說，我在以前公司做的產(chǎn)品給清華同方OEM，你信么？
不是電源這塊的產(chǎn)品。。
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