ACDC电源模块设计解析

      AC-DC电源模块是指将交流电变换为直流电的转换器，功率流向可以是双向的。接线方式分为半波和全波俩种电路，按相数分为单相、三相和多相。

      现在以一种85～265VAC、50Hz输入的ACDC电源模块设计作介绍，交流整流成直流最简单的方法是整流桥整流，50Hz交流电经全波整流后变成脉动直流电压，再通过输入滤波电容得到直流。

1、整流桥的选择

      整流桥的主要参数有反向峰值电压VRR、正向压降VF、平均整流电流IF、最大反向漏电流IRM、正向峰值浪涌电流IFSM。整流桥的反向击穿电压VRM应满足VRM>1.25*1.4Vinmax，额定的有效值电流IF应该≥3IRMS。IRMS的公式如下：IRMS= Is= P/η/Vs=2.5/0.75/110=30.3 mA。

2、输入滤波电容器的选择

      铝电解电容器的额定电压（1.3倍）作为电容器的浪涌电压，当工作电压高于160V时，额定工作电压+50V作为浪涌电压，这是生产厂家允许可以在短时间内承受该电压。当电容器处于浪涌电压时，电流较大，长时间如此会爆开， 所以铝电容器应该选用高额定电压的，实际工作电压为标准额定电压的70~80%为宜。

3、功率变压器的设计

      考虑到输出功率很小和体积限制。选择体积尽可能小的铁氧体磁芯来完成功率的转换。

（1）计算ton

      原边绕组开关管的最大导通时间对应在最低输出电压和最大负载时发生。假设D=ton/Ts=0.45，则有Ts=1/f=1*106/66*103=15.2 μs，ton =D* Ts =0.45*15.2=6.84 μs3，假设电源在最低电压时输出负载（Max），计算输入端的直流电压，对于单项交流整流用电容滤波，直流电压不会超过交流电压有效值的1.4倍和小于1.2倍。假设1.3倍，公式如Vs=85*1.3=110 V。

（2）选择工作时的磁通密度值

      假设中心柱磁路的有效面积为AE=12.5mm2，饱和磁感应强度在100℃时是390mT，则65%的饱和值为△BAC=390*0.65=250 MT。

（3）计算原边匝数

      变压器输入电压是一个方波，导通期间的伏秒值和原边匝数关系为原边匝数（Np）等于原边直流电压（Vs) *导通时间(ton)除于(△BAC * 磁芯有效面积(AE))，公式为：Np=Vs *ton/ (△BAC * AE )，即：110*6.84/(0.25*12.5)=240匝。

（4）原边电感量的计算

      假设在最大占空比时，当开关管开通时原边电流为Ip1，关断时原边电流上升到Ip2，若Ip1为0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。电源工作设计为连续模式可以使开关管、线路的损耗都较小，还可以减轻输入输出电容的工作。由能量守恒有下式：1/2*(Ip1+Ip2)*D*Vs=P/η连续模式，令Ip2=3Ip1，可以求出变换器的原边电流，由此得到原边电感量为Lp= D*Vs/(f*ΔIp)，ΔIP=Ip2-Ip1=2Ip1。

4、输出整流滤波

      因为输出电压是DC 5V，需要变压器变换过来的低压方波整流成直流，然后用铝电解电容储能滤波。

      整流的工作频率等于功率开关管的开关频率，需要使用具有快速恢复功能的肖特基整流二极管作为输出整流二极管。输出整流二极管的标准电流值(IF)应为输出直流电流额定值(Io)的3倍以上，整流管的反向耐压值的计算：输入电压的最高值/匝比，即265*1.3/16.36=25.8 V。

      整流使用的铝电解电容容量要大和交流电阻要较低，否则无法滤除电流中的高频交流电，还要考虑封装体积不能过大，比如选用标准值为330μF/10V的铝电解电容。为降低输出纹波，在电源的输出端要增加LC滤波单元，L取10μH左右的Ф4*7的小工字电感，C取100μF/10V的铝电解电容。

5、控制反馈单元

      控制反馈电路采用电压基准源TL431加光电耦合器P521组合作为参考、隔离、取样。它可以将输出电压的变化控制在±1%以内。反馈电压由输出端取样，输出电压V0通过分压电阻R63、R64获得取样电压，和TL431中的2.5V基准电压进行比较并输出误差电压，最后通过光电耦合器改变VIPer12A芯片的控制端电流IFB，再通过改变PWM宽度来调节输出电压V0使其保持不变，光电耦合器的另一个作用是对原、副边进行隔离。

      设计一款AC-DC电源模块不仅是从小体积、低功耗、重量轻、可靠性、电磁兼容性、高效率等多个特点出发，还要从电子设备的发展出发。