项目说明

本项目为50W开关电源，输入电压范围AC110V-440V，输出电压DC 5-24V，功率50W，峰值70W，最大输出电流10A.效率90%。

不懂的小伙伴可以加群QQ 458720579

 

开源协议

GPL 3.0

 

项目相关功能

• 可以接入380或220V的不同交流电压环境中
• 电源的功率在50W左右（5V输出10A，24V输出2A）
• 自动识别接入的电压等级
• 输出为直流电压
• 输出的直流电压可以手动调节（5-24V）
• 输出的直流电压要有自动稳压功能。
• 电源具有过流，过压，短路保护

 

 

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

3月26项目开始设计方案

4月1号画原理图

4月4号PCB

4月11号打板

4月20号调试成功，优化性能

4月22调试结束

设计原理

1.项目分析

项目为220V/380V双输入电源，支持380V输入时，需要注意元器件耐压，爬电等因素。对于反激拓扑，在高压输入，输出电压不变的情况下，仅仅是将占空比调小。但是输入电压不能太低，有两个因素决定我们最小输入电压，第一是占空比不能大于0.5，第二是MOS管峰值电流。

在220V/380V双输入时，24V固定输出时，普通反激拓扑可以解决，但是需求为5-24V可调，那么反激的辅助供电线圈电压也会跟着输出电压变换，导致低压无法工作。

本项目采用反激+同步BUCK拓扑

下面主要讲解高压输入的解决方案

在高压380V输入时，交流电有效值会波动到420V，则整流后直流电压为420x1.414=593V。

普通电解电容耐压在450V左右，此时需要两个电容串联来适应高压输入，同时为了解决两个电容电压平衡问题，需要加入平衡电阻。

同样的，在低压下压力比较大的为MOS电流，通过计算得到峰值电流为3A

此外就是元器件应力计算。应力随着输入电压变化的元器件主要有开关MOS管以及输出整流二极管

计算公式为

二极管耐压选择400V肖特基二极管，MOS管选择900V 15A mos管

2.设计变压器

然后重要的是变压器的计算。整个项目最困难的就是变压器的设计，一个好的变压器能让电源工作稳定，设计变压器建议通过MPS反激变压器设计页面学习，自己动手计算，本人总结反激变压器计算分为6步

第一步：确定匝比（Vinmin最小输入电压，Dmax最大占空比）

第二步：计算峰值电流

第三步：计算原边电感（Ton开关周期高电平时间）

第四步：计算原边匝数（B取0.2-0.25，Ae为磁芯横截面积，这里为2625的118）

第五步：计算副边匝数

第六步：验证是否正确 Bmax小于0.3

变压器规格书

上图为打样厂家给的数据，6脚接的是一层铜箔。注意n5实际设计上减小漏感可以增加为15圈，但最小输入电压会改变。

目前实际打样变压器工作正常，需要磨气息，推荐原边电感量300uh。漏感3-5uh。

注意，2脚和7脚以及12脚都要剪掉。

3.主电源电路分析

上图为反激电路，重点讲解上电过程以及短路保护

首先输入380V通过整流桥之后为540V，两个电容串联分压，通过启动采样电阻送给PWM芯片，PWM芯片发一次波，这时辅助绕组有16V感应电压，通过稳压电路稳压至14V送给PWM芯片，启动空载C13电压为16V，满载为18V。

输出短路时，辅助电源被拉低，芯片进入打嗝模式，此时供电由启动电阻供电。

过压保护为超过30V输出电压，D7导通，将COMP拉低，进入保护模式。

注意此MOS要用我原理图上标注的MOS，需要900V以上耐压，实际满载测试DS电压最高800V。以及注意前级所有元器件耐压要在700V以上。仔细核对。

4.辅助电源电路分析

辅助输出电源为EG1163S同步降压，此电路本人以及使用多次，方案比较稳定，主要电路原理不再阐述，讲解一下调试思路。

在实际调试中，发现按照官网原理图的实际电路，27V输入，5V输出情况下空载电流为0.4A，空载电流大意味着上下管同时导通，通过示波器观察上管波形可以看到波形为大小波，不是正常的方波，将输出电压调到6V以上时，空载电流0.04A，恢复正常。

官方给出环路补偿电容为10nf，通过增加到20nf，再次上电波形恢复正常，故障解决。调试电路的重点为用示波器观察，以及理论分析，实际测试过流保护为14A，超过14A输出电压为0.

5V最高输出12.5A，24V输出2.5A，请注意不要超过功率极限，同时5V10A不能长时间带载，如要长时间带载需要增加散热风扇。24V输出3A可能会导致24V降为23V，本电源设计功率为50W以内，请勿极限环境使用，后果自负。

5.外壳设计以及元器件采购

外壳采用公模，散热方式为自然散热，底下mos要垫导热泥。

GR8836CG可以脚对脚替换，立创商城有货，但是需要将原理图中的D8稳压二极管换成17V稳压管（GR8836CG开启电压为15V）

 

6.温度测试

在没有安装外壳的情况下，输出5V10A满载30分钟同步降压MOS温度为54度。

在没有安装外壳的情况下，输出27V2.6A 70W满载30分钟反激MOS温度为70度。背面RC吸收温度最高，53度。

安装外壳后温度得到改善，同步整流mos温度40度，反激mos为55度。但不能在密闭环境中使用，需要通风的环境下（5V10A输出情况下）。

 

实物展示

设计注意事项

 

本项目涉及强电，上电注意安全，一切后果自行承担，调试请限制电流。

同时项目里面有两个NC的电阻，记得不要焊。R34和R53。

 

其他

https://www.bilibili.com/video/BV1kp421D7f5