100W充电器设计实例

设计实例

假设主电路输出电感L的设计要求是用于单端正激变换器和滤波器的，见图。变换器的技术要求如下：

输出功率=100W

输出电压=5V

输出电流=20A

工作频率=30kHz

最小负载=20%

这种充电器设计方法可假设输出纹波电流必须不超过lload=的30%（在这个例子中lload的峰峰值为6A）。

考虑到容许控制范围中，在标称输入下脉冲宽度应取总周期的30%，即为10µs。

在脉宽为总周期30%的条件下，系统为了能够提供5V输出，变压器副边电压将为：

式中，tp=30kHz的总周期，单位为ms；

ton=导通时间，单位为ms；

Vs=副边电压。

在前向导通期间内，电感L1上的电压为副边电压减去输出电压。这里假设输出电容C较大，而在导通期间其电压变化是可以忽略不计的，那么：

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

稳态情况下，导通期间的电流变化必须等于关断期间的电流变化，在该例中为6A忽略二阶量的影响，电感值可以根据下式来计算

式中，L=所需的电感，单位为µH；

△t=导通时间，单位为µs；

△i=导通时间内电流的变化；

VL=电感电压。

因此

L=11.66*（10/6）=19.4µH

注意：假设电感上的电压在导通期间不变，而且dd也是不变的，可以使用一个简单的线性方程式计算。

在这个充电器设计例子中，为了使得导通期间能够存储足够的能量来维持关断期间的输出电流，应该选择大的电感。在推挽式正激变换器中，关断时间要小得多，所以副边电压和电感值也较小。

选择输出滤波器的元件值

图中，主电路输出的电感L1与存储电容C1的大小与数值取决于以下几个因素：变换器的类型，工作频率，最大负载电流，最小负载电流，工作周期的占空比，纹波电流，纹波电压，瞬态响应，输出电压。

一般来说，应该考虑根据该变换器的类型来对L1进行选择。

降压变换器的主输出电感的取值

一般来说，降压变换器输出滤波电路中的主电感L1应尽可能小，以获得最好的瞬态响应及最低的成本。如用了大电感，那么充电器就不能迅速响应负载电流的变化。反之，如果用太小的电感，那么将在输出部件和变换电路中产生很大的纹波电流，这将降低电路的效率，甚至在轻载时会出现不连续的工作状态。

选择L1的方法：在最小负载电流时（即经常定义为1=的10%电流时），该电感能够连续导通。

保持电感连续导通有两个好处：第一，当负载变化时，只要求控制电路的控制脉冲宽度做出很小的变化便能控制输出电压，使得电感在整个工作周期内保持导通状态：第二在负载变化的范围之，纹波电压将保持为一个较低的值。

但是这种方法的主要缺点是电感值可能非常大，如果必须要控制负载电流下降到零值，这种方法不能使用。

第二个选择L1的方法是常用的方法：使纹波电流有一个可以接受的峰一峰值的限制，例如，在输人电压的标称值下，要求纹波电流峰峰值限制在最大负载电流的10%~30%。

注意：在反澈变换器中，主电感L和变压器是一体的，它的值根据功率特换要求来确定。在这种变换器中，滤波元件特别是整个能量特换系统必须能够承受大纹波电流。

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