【设计大赛】5W开关电源充电器DIY设计

参赛类型：开关电源

现在在市场上买的电池充电器基本不可能不会把电池的肚子搞大，当然是小摊上那种，就算这样小摊上的现在也要卖5-15块钱。已经有两块电池被他们搞大肚子了。正好手里有几个IC，所以计划做这样一个充电器，估计性能目前做不到最优秀，但也只是希望不要再把电池的肚子搞大了，或许搞大她的肚子才能证明他强劲，小摊上卖的都是这么强劲的！

由于是自己使用，所以工作的电压只需要设在我们国家的市电范围即可，还别说，此时觉得自己居然连自己国家的电压范围都说不上来！那就定为185-265Vac吧。至于输出参数，由于锂电池的充电限制电压都要求为4.2V（大多数手机电池上都是这样写的），也只是直接给电池充电，所以就把输出电压设为4.2V，电流设为1000mA,OK，现在可以学着大师们的足迹跳舞了，正式依葫芦画瓢，一步一步按照书中给的公式计算各参数。

还是先把变压器参数计算出来吧

已经知道输入电压最高为265Vac，最低电压为185Vac，输出电压为4.2V，电流为1000mA,因此输出功率为

Po=Vo*Io=4.2W

至于效率就先设为80%吧，因此输入功率为

Pi=Po/η=5.25W

因那个IC的频率为65-100KHz

根据Ap法可以选择磁芯，因手里只有EE16的，所以就不选了。

接着再计算变压器初级的峰值电流Ipk

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

当然有些老师写的书里面的公式不是这样子的，因此结果也会有些偏差，记得不知哪位老师的这个公工在除号下面还乘了一个效率。不知道是不是记错了，至于式中的K值是写那本书的老师给的一个常数，其值为5.5，至于为什么我现在是没能研究出来！

现在计算初级电感量

Lp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H感觉这公式算出来偏差太大了，所以此次试验性的取个3mH吧

有了初级电感量，现在来根据电感量计算初级圈数

Np=1000*根号下（Lp/Al)=162圈

再简单的估算下匝比

n=Vo/Vinmin=0.016灰常小，唉，怎么办？

次级绕组圈数

Ns=Np*n=3圈，看着这么小，计划分别用5，10圈试试

给IC供电的绕组计算

Na=Ns*(Va/Vo)=21圈

由于只有0.12的线，所以初级就用0.12的线绕162圈，次级用6根并绕5圈。供电用一根绕21圈。

上原理图

PCB图

再从输入到输出来确定每一个元件的参数

首先是保险的确定，保险的耐压是根据她的输入电压来确定，一般通用输入和220左右电网的地方，保险都是用250V的，至于120V电网的我还没做过，但应该不用选250V耐压的保险吧，电流就是按输入功率除以输入电压最小值来确定，理论上这样就可以了，但考虑到开机时的瞬间大电流，所以一般选用的时候都选用额定电流在理论计算值的2.5倍左右的保险。但功率较大的电源这样都还是不太保险，因此有在整流管前串NTC电阻，在电路里面加缓起动电路的。

压敏电阻的选择依据可根据压敏电阻电压≥Urms/0.64来选取

测试结果：

输入220V时输出电压4.2V，带载不行，带载后电压掉到3V左右，计划先调整一下反溃补偿的元件参数看看效果。

先发一下，以保存，稍候再续

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笨小孩1114

LV.10

2012-04-25 10:43

顶起来！哈哈

看见你啦！

feitian9000

LV.7

2012-04-25 11:11

反激、DCM、每周波能量全部转换（无剩余）；

输出功率 P=Uout*Iout；变压器转换功率 Pi= Uout*Iout/η

每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；

秒转换能量　Pi=p*f；

输出能量 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；

则 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)；

如果说按D=0.5设计，

则Ipk=(4*P)/ (Umin*η)，

考虑一般情况下效率，则：有楼主的

Ipk=(K*P)/ Umin。(K=5.5)

qinzutaim

LV.11

2012-04-25 13:45

电流为1000mA的话好多手机电池会大肚子的,用到300-400mA就可以了....

geek

LV.7

2012-04-25 15:14

@feitian9000

反激、DCM、每周波能量全部转换（无剩余）；输出功率P=Uout*Iout；变压器转换功率Pi=Uout*Iout/η每周波能量：p=(L*Ipk^2)/2；秒转换能量　Pi=p*f；输出能量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；则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)；如果说按D=0.5设计，则Ipk=(4*P)/(Umin*η)，考虑一般情况下效率，则：有楼主的Ipk=(K*P)/Umin。(K=5.5)

详细，受教了，学习，顶你，还有请问有这么详细推导的书是哪本呢？

geek

LV.7

2012-04-25 15:15

@qinzutaim

电流为1000mA的话好多手机电池会大肚子的,用到300-400mA就可以了....

我这电池有3.5A/H,所以做个来试试

geek

LV.7

2012-04-25 15:19

@笨小孩1114

顶起来！哈哈看见你啦！[图片]

feitian9000

LV.7

2012-04-25 15:53

@geek

详细，受教了，学习，顶你[图片]，还有请问有这么详细推导的书是哪本呢？

可能涉及开关电源理论的书籍都有吧，公式推导是印在脑子里的，基础理论了。

hongyuying

LV.4

2012-04-25 16:00

先顶

feitian9000

LV.7

2012-04-25 16:02

眼拙，没看出用的什么IC。

phoenix501

LV.1

2012-04-25 16:17

@feitian9000

你好，我想搭车问个问题，关于反激变压器，CCM模式，原边匝数Np该怎么计算？方法一：通过计算L，然后由N^2=L/AL来计算Np；方法二：Vp*D*10000/(Kf*f*Bm*Ae)，但这里面的Bm我搞不懂到底是怎么回事，是最大磁密？是工作期间的磁密ΔB？是Bs-Br？还是别的什么...求指点...还有，我看《变压器与电感器设计》这本书，怎么感觉好多地方作者说的朦朦胧胧的，或者思维跳跃很大...

r2271297

LV.6

2012-04-25 16:25

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1A

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

这里Dmax和K值肯定要对应啊，你这个计算过程真哭笑不得，错误也太多了

geek

LV.7

2012-04-25 16:40

@r2271297

“Ipk=(K*Po)/(Vinmin)=0.1ALp=(Vinmin*Dmax)/(Ipk*fosc)=0.0148H 这里Dmax和K值肯定要对应啊，你这个计算过程真哭笑不得，错误也太多了[图片]

我是摸石头过河，你说详细点，我改

geek

LV.7

2012-04-25 17:02

@phoenix501

我遗憾的告诉你，我从来没去深究过Bm是什么，一般我高兴的时候我就取Bm=3000Gs

qinzutaim

LV.11

2012-04-25 17:06

楼主应该再验算一下吧,频率取多少?DMAX取多少?这么大的匝比下你的IC耐压够不够?

我只看到匝比就觉得有问题了

geek

LV.7

2012-04-25 17:18

@qinzutaim

楼主应该再验算一下吧,频率取多少?DMAX取多少?这么大的匝比下你的IC耐压够不够?我只看到匝比就觉得有问题了[图片]

谢谢，资料太零散，整理好可能要验算，也可能支接装板试，Dm试的0.48，开关频率100K，IC耐压800V

dxsmail

LV.11

2012-04-25 17:24

过来看看。。。

geek

LV.7

2012-04-25 17:30

@dxsmail

过来看看。。。

多指点哈

shootcs2005

LV.5

2012-04-25 17:53

@feitian9000

大侠能否把CCM的一并推导一下，好让大家对比一下！！谢谢！！

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，一般安全点取在2000-2400Gs(200-240mT)，因为即使是TDK的PC40，在120‘C时，2400-2500Gs位置已经是拐点了，取高了，在高温下损耗比较大，发热也比较大，很容易引起饱和。如果散热比较好，可以取到2800Gs，3000Gs还是算了吧，接近极限状态比较危险。

feitian9000

LV.7

2012-04-26 10:52

@shootcs2005

大侠能否把CCM的一并推导一下，好让大家对比一下！！谢谢！！

反激，CCM，能量不完全转换，每周波起始电流Ib、峰值电流Ip；K=Ib/Ip；

输出 P=Uout*Iout

输入转换能量 Pi=P/η，P=Pi*η；

电感转换能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2；

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

同样 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)；

就推到这了，次级的同样用能量的原理推，只不过次级的

dt=Toff，

Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，

次级的E=Uout+Udiode；（Udiode是二极管压降）

其实初级公式里面的E应该含Umin和Uds(或Uce)的，只不过Uds(或Uce)相对于Umin而言实在太小，忽略不计了。

geek

LV.7

2012-04-26 14:38

一直在想，为什么当输出电压狠低、最低输入电压为220V电网的时候，计算出来的初级电感量会很大，一般会达到几十mH，究竟对还是不对？到现在为止还没想通！

qinzutaim

LV.11

2012-04-26 15:55

@geek

这个和IC的工作模式及最大占空比选择有关,CCM和DCM模式算出来是差很远的....

dxsmail

LV.11

2012-04-26 16:34

@qinzutaim

这个和IC的工作模式及最大占空比选择有关,CCM和DCM模式算出来是差很远的....

确实差非常多。。。

公式就可以看得出来了。。。。

一般的DCM的频率在45KHz左右。。。

而CCM的频率在65KHz左右。。。。

所以变压器都是不一样的。。。。。

geek

LV.7

2012-04-26 16:40

@dxsmail

确实差非常多。。。公式就可以看得出来了。。。。一般的DCM的频率在45KHz左右。。。而CCM的频率在65KHz左右。。。。所以变压器都是不一样的。。。。。

这个IC有两种频率的，一种是65K，一种是100K

shootcs2005

LV.5

2012-04-27 00:22

@feitian9000

反激，CCM，能量不完全转换，每周波起始电流Ib、峰值电流Ip；K=Ib/Ip；输出 P=Uout*Iout输入转换能量 Pi=P/η，P=Pi*η；电感转换能量 pi=L*(Ip^2-Ib^2)/2； Pi=L*f*(Ip^2-Ib^2)/2=L*(Ip^2-Ib^2)/(2*T)；同样 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)；就推到这了，次级的同样用能量的原理推，只不过次级的dt=Toff，Ls=Lp*(Ns^2)/(Np^2)，次级的E=Uout+Udiode；（Udiode是二极管压降）其实初级公式里面的E应该含Umin和Uds(或Uce)的，只不过Uds(或Uce)相对于Umin而言实在太小，忽略不计了。

分析的很精辟，