【設計大賽】5W開關電源充電器DIY設計

參賽類型：開關電源

現在在市場上買的電池充電器基本不可能不會把電池的肚子搞大，當然是小攤上那種，就算這樣小攤上的現在也要賣5-15塊錢。已經有兩塊電池被他們搞大肚子了。正好手里有幾個IC，所以計劃做這樣一個充電器，估計性能目前做不到最優秀，但也只是希望不要再把電池的肚子搞大了，或許搞大她的肚子才能證明他強勁，小攤上賣的都是這么強勁的！

由于是自己使用，所以工作的電壓只需要設在我們國家的市電范圍即可，還別說，此時覺得自己居然連自己國家的電壓范圍都說不上來！那就定為185-265Vac吧。至于輸出參數，由于鋰電池的充電限制電壓都要求為4.2V（大多數手機電池上都是這樣寫的），也只是直接給電池充電，所以就把輸出電壓設為4.2V，電流設為1000mA,OK，現在可以學著大師們的足跡跳舞了，正式依葫蘆畫瓢，一步一步按照書中給的公式計算各參數。

還是先把變壓器參數計算出來吧

已經知道輸入電壓最高為265Vac，最低電壓為185Vac，輸出電壓為4.2V，電流為1000mA,因此輸出功率為

Po=Vo*Io=4.2W

至于效率就先設為80%吧，因此輸入功率為

Pi=Po/η=5.25W

因那個IC的頻率為65-100KHz

根據Ap法可以選擇磁芯，因手里只有EE16的，所以就不選了。

接著再計算變壓器初級的峰值電流Ipk

Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

當然有些老師寫的書里面的公式不是這樣子的，因此結果也會有些偏差，記得不知哪位老師的這個公工在除號下面還乘了一個效率。不知道是不是記錯了，至于式中的K值是寫那本書的老師給的一個常數，其值為5.5，至于為什么我現在是沒能研究出來！

現在計算初級電感量

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H感覺這公式算出來偏差太大了，所以此次試驗性的取個3mH吧

有了初級電感量，現在來根據電感量計算初級圈數

Np=1000*根號下（Lp/Al)=162圈

再簡單的估算下匝比

n=Vo/Vinmin=0.016灰常小，唉，怎么辦？

次級繞組圈數

Ns=Np*n=3圈，看著這么小，計劃分別用5，10圈試試

給IC供電的繞組計算

Na=Ns*(Va/Vo)=21圈

由于只有0.12的線，所以初級就用0.12的線繞162圈，次級用6根并繞5圈。供電用一根繞21圈。

上原理圖

PCB圖

再從輸入到輸出來確定每一個元件的參數

首先是保險的確定，保險的耐壓是根據她的輸入電壓來確定，一般通用輸入和220左右電網的地方，保險都是用250V的，至于120V電網的我還沒做過，但應該不用選250V耐壓的保險吧，電流就是按輸入功率除以輸入電壓最小值來確定，理論上這樣就可以了，但考慮到開機時的瞬間大電流，所以一般選用的時候都選用額定電流在理論計算值的2.5倍左右的保險。但功率較大的電源這樣都還是不太保險，因此有在整流管前串NTC電阻，在電路里面加緩起動電路的。

壓敏電阻的選擇依據可根據壓敏電阻電壓≥Urms/0.64來選取

測試結果：

輸入220V時輸出電壓4.2V，帶載不行，帶載后電壓掉到3V左右，計劃先調整一下反潰補償的元件參數看看效果。

先發一下，以保存，稍候再續

全部回復(59)

只看樓主

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笨小孩1114

LV.10

2012-04-25 10:43

頂起來！哈哈

看見你啦！

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feitian9000

LV.7

2012-04-25 11:11

反激、DCM、每周波能量全部轉換（無剩余）；

輸出功率 P=Uout*Iout；變壓器轉換功率 Pi= Uout*Iout/η

每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；

秒轉換能量　Pi=p*f；

輸出能量 P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

E=L*di/dt；

----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；

則 P=( L*η*Ipk^2)/(2*T)

=( Umin*η*Ton* Ipk^2)/ (2*T* Ipk)

=( Umin* Ipk *η* Ton)/( 2*T)

=( Umin* Ipk*η*D)/2;

---- Ipk=(2*P)/( Umin* D*η)；

如果說按D=0.5設計，

則Ipk=(4*P)/ (Umin*η)，

考慮一般情況下效率，則：有樓主的

Ipk=(K*P)/ Umin。(K=5.5)

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qinzutaim

LV.11

2012-04-25 13:45

電流為1000mA的話好多手機電池會大肚子的,用到300-400mA就可以了....

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geek

LV.7

2012-04-25 15:14

@feitian9000

反激、DCM、每周波能量全部轉換（無剩余）；輸出功率P=Uout*Iout；變壓器轉換功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；秒轉換能量　Pi=p*f；輸出能量P=Pi*η=p*f*η=p*η/T=(L*η*Ipk^2)/(2*T)E=L*di/dt；----L=E*dt/di=Umin*Ton/Ipk；則P=(L*η*Ipk^2)/(2*T)=(Umin*η*Ton*Ipk^2)/(2*T*Ipk)=(Umin*Ipk*η*Ton)/(2*T)=(Umin*Ipk*η*D)/2;----Ipk=(2*P)/(Umin*D*η)；如果說按D=0.5設計，則Ipk=(4*P)/(Umin*η)，考慮一般情況下效率，則：有樓主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

詳細，受教了，學習，頂你，還有請問有這么詳細推導的書是哪本呢？

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geek

LV.7

2012-04-25 15:15

@qinzutaim

電流為1000mA的話好多手機電池會大肚子的,用到300-400mA就可以了....

我這電池有3.5A/H,所以做個來試試

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geek

LV.7

2012-04-25 15:19

@笨小孩1114

頂起來！哈哈看見你啦！[圖片]

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feitian9000

LV.7

2012-04-25 15:53

@geek

詳細，受教了，學習，頂你[圖片]，還有請問有這么詳細推導的書是哪本呢？

可能涉及開關電源理論的書籍都有吧，公式推導是印在腦子里的，基礎理論了。

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hongyuying

LV.4

2012-04-25 16:00

先頂

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feitian9000

LV.7

2012-04-25 16:02

眼拙，沒看出用的什么IC。

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phoenix501

LV.1

2012-04-25 16:17

@feitian9000

你好，我想搭車問個問題，關于反激變壓器，CCM模式，原邊匝數Np該怎么計算？方法一：通過計算L，然后由N^2=L/AL來計算Np；方法二：Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae)，但這里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事，是最大磁密？是工作期間的磁密ΔB？是Bs-Br？還是別的什么...求指點...還有，我看《變壓器與電感器設計》這本書，怎么感覺好多地方作者說的朦朦朧朧的，或者思維跳躍很大...

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r2271297

LV.6

2012-04-25 16:25

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H

這里Dmax和K值肯定要對應啊，你這個計算過程真哭笑不得，錯誤也太多了

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geek

LV.7

2012-04-25 16:40

@r2271297

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1ALp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H 這里Dmax和K值肯定要對應啊，你這個計算過程真哭笑不得，錯誤也太多了[圖片]

我是摸石頭過河，你說詳細點，我改

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geek

LV.7

2012-04-25 17:02

@phoenix501

我遺憾的告訴你，我從來沒去深究過Bm是什么，一般我高興的時候我就取Bm=3000Gs

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qinzutaim

LV.11

2012-04-25 17:06

樓主應該再驗算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?

我只看到匝比就覺得有問題了

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geek

LV.7

2012-04-25 17:18

@qinzutaim

樓主應該再驗算一下吧,頻率取多少?DMAX取多少?這么大的匝比下你的IC耐壓夠不夠?我只看到匝比就覺得有問題了[圖片]

謝謝，資料太零散，整理好可能要驗算，也可能支接裝板試，Dm試的0.48，開關頻率100K，IC耐壓800V

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dxsmail

LV.11

2012-04-25 17:24

過來看看。。。

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geek

LV.7

2012-04-25 17:30

@dxsmail

過來看看。。。

多指點哈

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shootcs2005

LV.5

2012-04-25 17:53

@feitian9000

大俠能否把CCM的一并推導一下，好讓大家對比一下！！謝謝！！

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feitian9000

LV.7

2012-04-26 10:49

@phoenix501

Bm就是Bm了，工作最大磁密。至于去值要看你用的磁芯材料，一般安全點取在2000-2400Gs(200-240mT)，因為即使是TDK的PC40，在120‘C時，2400-2500Gs位置已經是拐點了，取高了，在高溫下損耗比較大，發熱也比較大，很容易引起飽和。如果散熱比較好，可以取到2800Gs，3000Gs還是算了吧，接近極限狀態比較危險。

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feitian9000

LV.7

2012-04-26 10:52

@shootcs2005

大俠能否把CCM的一并推導一下，好讓大家對比一下！！謝謝！！

反激，CCM，能量不完全轉換，每周波起始電流Ib、峰值電流Ip；K=Ib/Ip；

輸出 P=Uout*Iout

輸入轉換能量 Pi=P/η，P=Pi*η；

電感轉換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2；

Pi= L*f*(Ip^2-Ib^2)/2= L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；

同樣 E=L*di/dt；

Umin=L*(Ip-Ib)/Ton；

L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K))；

P=Pi*η= L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)

= Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))

=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))

= Umin*D*η*(Ip+Ib)/2

=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2；

Ip=2*P/( Umin*D*Ip*(1+K)*η)；

就推到這了，次級的同樣用能量的原理推，只不過次級的

dt=Toff，

Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，

次級的E=Uout+Udiode；（Udiode是二極管壓降）

其實初級公式里面的E應該含Umin和Uds(或Uce)的，只不過Uds(或Uce)相對于Umin而言實在太小，忽略不計了。

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geek

LV.7

2012-04-26 14:38

一直在想，為什么當輸出電壓狠低、最低輸入電壓為220V電網的時候，計算出來的初級電感量會很大，一般會達到幾十mH，究竟對還是不對？到現在為止還沒想通！

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qinzutaim

LV.11

2012-04-26 15:55

@geek

這個和IC的工作模式及最大占空比選擇有關,CCM和DCM模式算出來是差很遠的....

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dxsmail

LV.11

2012-04-26 16:34

@qinzutaim

這個和IC的工作模式及最大占空比選擇有關,CCM和DCM模式算出來是差很遠的....

確實差非常多。。。

公式就可以看得出來了。。。。

一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。

而CCM的頻率在65KHz左右。。。。

所以變壓器都是不一樣的。。。。。

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geek

LV.7

2012-04-26 16:40

@dxsmail

確實差非常多。。。公式就可以看得出來了。。。。一般的DCM的頻率在45KHz左右。。。而CCM的頻率在65KHz左右。。。。所以變壓器都是不一樣的。。。。。

這個IC有兩種頻率的，一種是65K，一種是100K

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shootcs2005

LV.5

2012-04-27 00:22

@feitian9000

反激，CCM，能量不完全轉換，每周波起始電流Ib、峰值電流Ip；K=Ib/Ip；輸出 P=Uout*Iout輸入轉換能量 Pi=P/η，P=Pi*η；電感轉換能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2； Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；同樣 E=L*di/dt； Umin=L*(Ip-Ib)/Ton； L=Umin*Ton/(Ip-Ib)=Umin*Ton/(Ip*(1-K))=Umin*T*D/(Ip*(1-K))； P=Pi*η=L*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)=Umin*Ton*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*T*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip^2-Ib^2)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)*(Ip-Ib)/(2*(Ip-Ib))=Umin*D*η*(Ip+Ib)/2=Umin*D*Ip*(1+K)*η/2； Ip=2*P/(Umin*D*Ip*(1+K)*η)；就推到這了，次級的同樣用能量的原理推，只不過次級的dt=Toff，Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，次級的E=Uout+Udiode；（Udiode是二極管壓降）其實初級公式里面的E應該含Umin和Uds(或Uce)的，只不過Uds(或Uce)相對于Umin而言實在太小，忽略不計了。

分析的很精辟，