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2017.05.11 AC/DC

設計絕緣型返馳式轉換器電路:決定主要零件−輸出整流器和Cout

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

本節將說明配置在變壓器T1二次側上的整流用二極體D6、輸出電容(Cout)C7和C8。

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一開始先簡單說明此部分如何運轉。在變壓器T1的二次側上,一次側MOSFET開關(開/關)所產生的能量,穿過絕緣阻障層傳送。由於AC電壓重覆開、關,為了能轉換成必要的DC電壓,因此經由1個二極體D6進行整流,成功轉換成DC。整流後的電壓由於存在著漣波,所以使用輸出電容C7、C8平滑漣波,轉換成漣波小的DC電壓。

整體電流的流向如同在「絕緣型返馳式轉換器的基本概念:開關式AC/DC轉換」中所說明般,來自於AC電源的輸入電壓經由橋式二極體整流,暫時轉換成DC電壓。而該DC電壓再經由開關電源IC所控制的MOSFET,只切分出必要的功率(截斷),成為AC電壓,接著經由整流該輸出段和平滑電路,轉換成想要的DC電,本設計中則是轉換成12VDC。整體電路請參照「設計絕緣型返馳式轉換器電路」。

輸出整流二極體 D6

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如同上述,D6整流變壓器T1二次側所產生的AC電壓,再轉換成DC輸出。就像電路圖所示般,和採用二極體整流(非同步)方式的DC/DC轉換器相同。不同的部分只有一次側的DC電壓,為數百伏特的高電壓。

為了降低損耗,使用高速二極體(蕭特基二極體、高速整流二極體)作為輸出整流二極體。若使用一般的二極體,就無法獲得想要的電源性能,最糟時還可能因為發熱造成破壞。基本上,和二極體整流DC/DC轉換器選擇二極體的方式相同。

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考量上限值,選87V÷0.7=124V ⇒ 200V規格品

二極體的損耗(概算值)為: Pd=VF×Iout=1V×3A=3W

建議電壓的上限為70%以下,電流50%以下。在示範電路中,使用ROHM的高速整流二極體 RF1001T2D(200V 10A、TO-220F封裝)。

最後,在組裝到電路上之後,確認溫度上升狀況,必要時重新檢討零件,並加裝散熱片幫助散熱。

輸出電容(Cout) C7 、C8

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輸出電容除了平滑整流電壓的漣波外,也能在負載電流暫時增加時保持電路穩定。

一次側的MOSFET開啟時,電流將流過二極體D6(開啟),輸出電容供應電流至負載端。MOSFET開啟時,二極體D6導通(開啟),輸出電容C7和C8充電且供應電流至負載端。

根據供電裝置可容許的峰至峰漣波電壓(ΔVpp)和漣波電流(Is(rms)),來決定輸出電容。

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一般規定開關電源用電解電容(低阻抗品)的阻抗為100kHz,所以

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也就是說,以200mVpp作為漣波電壓容許值的時候,必須選擇阻抗0.01Ω以下的電容。

接取算出漣波電流,並根據該漣波電流數值探討電容額定漣波電流值。

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耐壓以輸出電壓2倍為標準。Vout×2=12V×2=24V ⇒ 25V以上

示範電路中並聯2個開關電源用低阻抗型35V 1000μF的電容。

輸出電容一般使用電解電容。電解電容屬於壽命有限的零件,漣波電流變多將縮短壽命。壽命由電容製造廠告知計算和規定,請向電容製造廠確認。

輸出漣波電壓和漣波電流必須實際利用電路加以確認。

重點:

・基本電路的運轉狀況和二極體整流式DC/DC轉換器相同。

・輸出整流二極體使用損耗小的蕭特基二極體、高速整流二極體。

・輸出電容所使用的電解電容,壽命和漣波電流之間的關聯值得多加考量。

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