多路开关电源设计

1、多路开关电源设计电气工程及其自动化学生：XX 指导教师：XXXXX 摘要 电源是各类电子设备中不可缺少的装置，为各类用电设备提供所需的各种电压和电流。开关电源技术的出现极大地提高了电源转换效率，带来了电源行业的大变革，也使自身有了更快的发展。在通信，军事，仪表，家用电器等领域有了更多的应用。在进一步研究分析开关电源原理以及特点后，按照毕业设计的指标要求，设计了一款单端正激式高频多路输出开关电源。本设计的输入为市电220V交流，三路输出分别为12V/5A、5V/30A和-5V/10A直流，开关频率为100kHz。本毕业设计采用单端正激式拓扑结构，以电压型控制芯片SG3525和高频变压器为核心，以

2、EMI滤波器、N型MOSFET、输出滤波电路、采样反馈电路等主要元器件和电路模块，实现了开关电源的三路稳定输出。变压器是通过面积乘积法（AP）确定了磁芯的型号和原副边绕组参数。合理设计、选择并计算了开关电源各电路的参数，绘制了电路的整体原理图。本毕业设计使用SIMetrix/SIMPLIS软件进行建模仿真，验证了设计合理性。关键词：开关电源 单端正激 EMI 高频变压器 SG3525 仿真The Design Of Multiplex Switching Power Supply ABSTRACT Power supply is an electronic device that essent

3、ial to all kinds of electronic devices, it provide all kinds of voltage and current to electric equipment. The emergence of switching power supply technology greatly improve the power conversion efficiency, has brought the big changes of power industry, also make itself had faster development. In co

4、mmunications, military, instrumentation, home appliances and other fields have more applications.After further research of switch power supply and in accordance with the requirements for graduation design of indicators, this paper designed a single-terminal forward high-frequency multi-output switch

5、ing powersupply.Switching Power Supply is 220V AC as the main input ,three output are 12V/5A,5V/30A, -5V/10A,and the switching frequency is 100kHz.This graduation design adopts single-terminal forward topological structure. it achieved three stable output with SG3525 and high-frequency transformer a

6、s the core, N-MOSFET,EMI, output filter circuit, sampling feedback circuit of main components ,circuit module. The design of the high-frequency transformer is use of area product(AP) to decide the magnetic core type of the transformer and the selection of primary and secondary winding parameters. Re

7、asonable selection, design and calculation of the switching power supply circuit parameters, draw the the whole of circuit principle diagram.on the basis of the circuit schematic diagram ,the modeling and simulation of transformer by software SIMetrix/SIMPLIS verified the rationality of the transfor

8、mer design parameters.Keywords: switching power supply single-terminal forward EMI high-frequency transformers SG3525 simulationII目 录摘要IABSTRACTII目录1 引言12 方案选择22.1 开关电源的基本结构及工作原理22.1.1 开关电源的基本结构22.1.2 开关电源的工作原理22.2 单端正激式变换电路22.3 控制电路的选择42.4 论文设计电源的技术指标42.5 整体方案选择43 高频变压器设计53.1 估算输出功率和输入功率53.2 计算额定、最

9、大和最小直流输入电压值和电流值53.3 变压器磁芯材料选择53.4 变压器磁芯型号选择53.4.1 AP法公式推导63.4.2 AP值73.5 原边绕组匝数和导线规格73.5.1 原边绕组的匝数73.5.2 原边绕组电流和电流密度73.5.3 原边绕组裸线面积83.6 副边绕组匝数和导线规格83.6.1 12V副边绕组匝数、绕组电阻和铜损83.6.2 5V副边绕组匝数、绕组电阻和铜损83.6.3 -5V副边绕组匝数、绕组电阻和铜损93.6.4 PWM供电电源绕组匝数、绕组电阻和铜损93.6.5 功耗验证94 控制电路和开关管的设计114.1 SG3525介绍114.2 SG3525工作原理11

10、4.3 SG3525工作频率及外围电路设计134.3.1 工作频率设计134.3.2 SG3525外围电路设计134.4 功率MOSFET选择145输入、输出、反馈和辅助电源电路设计155.1 输入电路设计155.1.1 EMI滤波器设计155.1.2 输入整流电路设计155.1.3 输入保护电路的设计165.2 输出电路设计185.2.1 输出电路整流电路设计185.2.2 输出滤波电感设计195.2.3 输出滤波电容设计215.2.4 开路电阻设计215.3 反馈电路设计225.4 辅助电源设计226 开关电源仿真及PCB设计236.1 SIMetrix/SIMPLIS仿真236.2 PC

11、B设计257 结论27参考文献28致谢291 引言 电能是一种清洁、安全、使用方便的能源，所有的电子设备都使用的是电能。电源则是为各种电子设备提供电能，使电子设备能正常运行的装置。所以只要有用电的地方就有电源的存在。电源性能的好坏决定电能的质量，而电能的质量决定用电设备的运行质量，可见电源的重要性。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，它一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成1。开关电源的原理已经应用了100多年。然而，随着开关电源的磁性元件、开关器件和整流器三大主要元器件的快速发展，开关电源才进入快速发展的阶段。到了2

12、0世纪80年代，开关电源已开始广泛应用。开关电源技术的发展方向：（1） 小型、薄型、轻量化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积2。（2） 高效率。开关电源高频化使传统的PWM技术（硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也增大了，达不到高频、高效的预期效益，因此，实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源未来的主流。采用软开关技术可以使效率达到88%-92%。（3） 高可靠性。在设计方面，开关电源使用较少的器件，提高了集成度，这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均

13、无故障时间。特别是单片开关电源的出现，极大提高了可靠性。（4） 模块化。开关电源模块化（模块电源）可以构成分布式电源系统，从而提高可靠性；可以做成插入式，实现热交换，从而在运行中出现故障时能快速更换模块插件；多台模块并联可实现大功率电源系统。此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩大其容量。（5） 低噪声。开关电源的一个缺点是噪声大，而且开关电源的工作频率越高，噪声就越大。采用部分谐振变换技术，在原理上来说既可以实现高频化，又可以降低噪声3。但谐振变换技术也有其难点，如难准确地控制开关频率、谐振时增大了元器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗，元器件热应力难以转向开关管等。（6）

14、计算机辅助设计。使用计算机对开关电源进行CAD设计和模拟试验，节约了时间，也节约了设计成本，是方便经济的设计方法。本毕业设计的开关电源是一款多路输出开关电源。该电源的电路拓扑结构为单端正激式，能够提供三路稳定直流输出。本毕业设计的设计过程和结论具有良好的工程应用前景和较高的实用价值，也能够为开发和设计其他开关电源提供借鉴和参考价值的作用。2 方案选择2.1 开关电源的基本结构及工作原理2.1.1 开关电源的基本结构图1是开关电源电路的典型结构，由图可知它主要由整流滤波电路、功率变换电路、控制电路电路以及取样反馈电路等构成。图1 开关电源电路典型结构2.1.2 开关电源的工作原理输入端输入交流电

15、AC通过整流滤波电路作用变成了单向脉动直流电，该单向脉动直流电在通过功率开关管的导通和截止以及高频变换器的作用变换成脉冲状态的交流电，该交流电再通过输出端的整流滤波电路变成稳定的直流电压输出给负载。取样反馈电路将输出端的直流电压经分压取样后与电路的基准电压比较放大后，将信号传输到控制电路，再通过控制电路的脉冲驱动电路控制功率开关管的导通与关断，从而达到稳定输出的作用4。2.2 单端正激式变换电路单端正激式变换器的变压器具有隔离作用，所以单端正激变换器是一个隔离开关变换器，可以用于高电压的场合。单端正激式变换器拓扑因其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线时中、小功率电源的设计中。

16、如图2为单端正激式变换器的电路图。D1是输出整流二极管，D2是续流二极管，D3是磁芯复位绕组的串联二极管，Lf是输出滤波电容，Q是开关管，W1是原边绕组，W2是副边绕组，W3是磁芯复位绕组。图3为单端正激式变换器的波形。 图2 单端正激式变换器电路图图3 单端正激式变换器波形单端正激式变换器的工作原理：单端正激式变换器有三种工作模式，所以有三种工作原理。(1)0,Ton，当t=0时，开关管Q导通，直流输入电压Vin加在原边绕组W1上，Vin=Vw1，铁芯磁化，变压器的励磁电流im从0开始线性增加：Im=（Vin/LM）t （1）LM是原边绕组的励磁电感。副边绕组产生感应电动势Vw2 ： Vw2

17、=Vin/K12 （2）式中K12=W1/W2。此时，D1导通，D2截止，滤波电感电流iLf线性增加，原边电流Iw1： Iw1=iLf/K12+iM （3）(2)Ton,Tr，在t=Ton时，关断Q，原边绕组与副边绕组中无电流，变压器通过复位绕组进行磁复位，iM从复位绕组W3经过D3流回输入电源。复位绕组电压： VW3=-Vin （4）原边绕组电压： VW1=-K13Vin （5）副边绕组电压： VW2=-K23Vin （6）式中K13=W1/W3，K23=W2/W3。此时D1关断，滤波电感电流iLf通过D2续流，Q上电压： VQ=Vin+K13Vin （7）电源电压Vin反向加在复位绕组W3

18、上，所以铁芯去磁。励磁电流iM从原边绕组中转移到复位绕组中，并开始线性减小。当t=Tr时，iW3=iM=0变压器完成磁复位。（3）Tr，Ts，此时所有绕组都没有电流，电压都为0V。iLf继续通过D2续流，VQ=Vin。2.3 控制电路的选择 开关电源常用的控制方式有脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和混合调制三种。脉冲宽度调制（PWM）开关稳压电源是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比来达到稳定输出电压的目的。PWM的特点是噪声小、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，是应用最为广泛的一种控制方式。本次设计便决定采用SG3525型PWM控制电路。2.4 论文设计

19、电源的技术指标（1） 输入电压参数：AC220V，50Hz；（2） 输入电压范围：AC190265V，50Hz（3） 输出电压参数：DC+12V,5A；DC+5V,30A；DC-5V,10A；（4） 输出电压精度 ：±1%；（5） 电压调整率：±0.1%；（6） 负载调整率：±0.5%；（7） 输出纹波Vp-p ：1%；（8） 效率：85%；2.5 整体方案选择由设计技术指标可知设计的开关电源要求提供多路输出，输出功率小，所以变换器拓扑结构采用单端正激式。控制电路中采用基于SG3525芯片的PWM调制方式。3 高频变压器设计高频变压器是开关电源的核心元件，具有功率

20、传递、电压变换和绝缘隔离的作用。作为开关电源最主要的组成部分，其性能的好坏不仅影响变压器本身的发热和效率，而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性5。3.1 估算输出功率和输入功率根据设计指标要求，总的输出功率Po： Po=12×530×55×10260W (8)则输入功率Pin： Pin=Po÷=260÷85%=306W （9）考虑辅助电源及留有一定裕量，输入功率Pin320W （10）3.2 计算额定、最大和最小直流输入电压值和电流值输入交流电经整流桥整流后，输入侧的最小和最大直流电压为： Vinmin=VACmin×-40=

21、190×-40228.7V (11) Vinmax=VACmax×=265×374.77V (12)考虑储能电容的等效阻抗值，线路阻抗，整流电路的电压降等，所以在计算最小输入直流电压是一般根据经验减去40V。根据最大和最小直流电压值计算出最小和最大电流值： Iinmin=Pin/Vinmax=320/374.770.85A (13) Iinmax=Pin/Vinmin=320/228.71.4A (14)额定输入电压Vin=220×1.2=264V，则额定输入电流： Iin=Pin/Vin =320/2641.2A (15)3.3 变压器磁芯材料选择由于

22、铁氧体磁芯材料的电阻率很大，高频损耗很小，并且具有绕线、组装方便、价格便宜等特点，所以被广泛应用于高频变压器磁芯设计中。常用的软磁铁分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体，而当工作频率小于1MHz，锰锌铁氧体的磁性能最好。根据本设计的变压器工作频率选用锰锌铁氧体材质的金属叠片铁芯，允许温升50。3.4 变压器磁芯型号选择变压器选择磁芯型号的方法有两种，第一种是先求出符合要求的磁芯窗口面积AW和磁芯有效截面积Ae的乘积AP，然后根据AP值查表找出所需磁芯类型，为面积乘积（AP）法。第二种是求出磁芯的几何参数，根据厂家提供的磁芯参数表选择磁芯后再进行设计，为KG法。3.4.1 AP法公式推导 根据法拉第定律，

23、原边NP匝、副边NS匝的变压器，在开关电源工作时，原边电压V1： V1=KffSNPBWAe （16）式中，fs是开关工作频率（Hz）,BW是工作磁通密度（T），Ae是磁芯有效面积（m2），Kf是波形系数，方波时为4。磁芯窗口面积AW乘上使用系数K0为有效面积，该面积为原边绕组NP占据的窗口面积NPAP与副边绕组NS占据的窗口面积NSAS之和： K0AW=NPAP+NSAS （17）式中K0是窗口使用系数（K01），AP是原边绕组每匝所占用面积，AW是磁芯窗口面积，AS是副边绕组每匝所占用面积。每匝所占用面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关： AP=I1/J （18） AS=I2/J （1

24、9）式中I1是变压器原边绕组电流，I2是变压器副边绕组电流，J是电流密度。整理（16）、（17）、（18）和（19）得： AWAe=(V1I1+V2I2)/(K0KffSBWJ) (20)式中AWAe即变压器窗口面积和磁芯截面积的乘积，V1I1+V2I2为原边和副边功率。电流密度J不仅影响AP值，还影响温升，即： J=KJ(AWAe)X （21）式中KJ为电流密度比例系数。可根据表1确定。 表1 磁芯结构常数整理(20)、（21）得： AP=(PT×104)/(K0KffSBWKJ)1/(1+X) (22)根据计算出的AP值我们就选择一个合适的铁芯型号，然后进行变压器的设计。3.4.

25、2 AP值(1)计算总的视在功率 PT=P0(1/+1) =(P0+Pin)=580W (23)(2)计算AP值取K0=0.4,Kf=4.0，BW=0.25，fs=100kHz。由表3.1可得金属叠片铁芯，允许温升50时，KJ=534,X=-0.12,根据（22）得：AP=(PT×104)/(K0KffSBWKJ)1/(1+X) =(580W×104)/(0.4×4.0×100000×0.25×534)1/(1-0.12)=0.2273cm4 (24)(3)确定铁芯参数加10%的裕度，根据表2得EI25/15/7型号磁芯，参数为：AP

26、=0.4079cm4,MLT=4.510cm,Ae=0.412cm2,AW=0.99cm2 ，Ve=1.936cm3 ,PV=0.79W/cm3 (25)表2 磁芯型号参数3.5 原边绕组匝数和导线规格3.5.1 原边绕组的匝数由式（16），V1=264V：N1=V1/(KffsBWAe)=264V/(4.0×100000Hz×0.25T×0.0000412m2)=64.08 (26)因为必须为整数所以N1取64匝。3.5.2 原边绕组电流和电流密度 IP=Iin=1.2A (27)由表3知KJ= 534,X=-0.12,根据式（3-14）得J=KJ(AWAe)X

27、 =534×（0.6042）-0.12594.67A/cm2 (28)3.5.3 原边绕组裸线面积由（18）得： AXP=IP/J=1.2/594.670.00202cm2 （29）由表3查找出最接近的线号是AWG24AXP=0.00205 cm2 /cm=842.1 （30）即原边绕组电阻： RP=(MLT)N/cm×10-6=4.510×64×842.1×10-60.2431 （31）原边绕组铜耗： PPCU=IP2RP=1.22×0.2204=0.3501W （32）3.6 副边绕组匝数和导线规格3.6.1 12V副边绕组匝数、

28、绕组电阻和铜损输出滤波电感连续的情况下：U0/Ui=(NS/NP)D (33)式中D是额定占空比，D=TON/T,取D=0.35。NP为原边绕组，NS为副边绕组。得：NS=(U0NP)/(UiD)=(12×64)/(264×0.35)=8.31 (34)因为变压器绕组必须为整数，所以取9匝。 AXP=I0/J=5÷594.670.00841cm2 （35）由表3查找出最接近的线号是AWG18。AXP=0.00823 cm2 /cm=209.5 （36）12V副边绕组电阻：RP=(MLT)N/cm×10-6=4.510×9×209.5&

29、#215;10-60.0085 （37）12V副边绕组铜损： PPCU=IP2RP=52×0.0085=0.2125W （38）3.6.2 5V副边绕组匝数、绕组电阻和铜损5V副边绕组匝数:NS=(U0NP)/(UiD)=(5×64)/(264×0.35)=3.46 （39）因为变压器绕组必须为整数，所以取4匝。AXP=I0/J=30÷594.670.05045cm2 （40）由表3查找出最接近的线号是AWG10。AXP=0.05261 cm2 /cm=32.70 （41）5V副边绕组电阻：RP=(MLT)N/cm×10-6=4.510

30、5;4×32.70×10-60.0006 （42）5V副边绕组铜损： PPCU=IP2RP=302×0.0006=0.54W （43）3.6.3 -5V副边绕组匝数、绕组电阻和铜损-5V副边绕组匝数:NS=(U0NP)/(UiD)=(5×64)/(264×0.35)=3.46 （44）因为变压器绕组必须为整数，所以取4匝。AXP=I0/J=10÷594.670.01682cm2 （45）由表3查找出最接近的线号是AWG15。AXP=0.01651 cm2 /cm=104.3 （46）-5V副边绕组电阻：RP=(MLT)N/cm

31、5;10-6=4.510×4×104.3×10-60.0019 （47）-5V副边绕组铜损： PPCU=IP2RP=102×0.0019=0.19W （48）表3 导线规格参数3.6.4 PWM供电电源绕组匝数、绕组电阻和铜损因为供电电源绕组的电压取值为12V所以它的参数取值与副边绕组12V的取值相同，即匝数为9匝，副边绕组电阻为0.0085铜损为0.2125W。3.6.5 功耗验证变压器总铜耗为原边铜耗加上副边铜耗：PCU=0.3510+0.2125+0.54+0.19+0.2125=1.506W （49）由（25）知Ve=1.936cm3 ,PV=0

32、.79W/cm3，磁芯损耗：PC= PV×Ve=1.936×0.79=1.529W （50）式中PV是磁芯单位体积损耗，PV是磁芯体积。变压器总损耗：P= PC+ PCU=3.035W （51）在效率下，变压器允许的总损耗P：P=P0/-P0=45W （52）因为PP，所以变压器设计通过。4 控制电路和开关管的设计4.1 SG3525介绍SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片。其性能特点如下：（1) 工作电压范围宽： 835V。（2) 内置51 V±10的基准电压源。（3) 芯片内振荡器工作频率宽100Hz400 kHz。（4) 具

33、有振荡器外部同步功能。（5) 死区时间可调。（6) 内设欠压锁定电路。（7) 有软启动电路。（8) 内置PWM(脉宽调制)。4.2 SG3525工作原理SG3525的引脚如图4，图4 SG3525引脚图内部原理框图如图5图5 SG3525内部原理图引脚功能如表4： 表4 SG3525引脚功能工作原理：SG3525振荡器的工作频率范围宽（为100Hz-400kHz）,死区时间可调，并且具有外部同步功能。在SG3525中，除了定时电容CT引脚5和定时电阻RT引脚6外，又增加了一个同步端引脚3和一个放电端引脚7。引脚5和引脚7之间外接电阻RD。振荡器频率f=1/(0.67RT+1.3RD)CT。CT

34、周期性充电和放电形成的锯齿波送至PWM比较器的同相输入端。PWM比较器反向输入端增加至两个，一个反相输入端连接误差放大器的输出信号，另一个接外部外部控制信号。误差放大器的反相输入端引脚1通常接电源输出电压的电阻分压器上，对输出电压取样反馈；其同相输入端引脚2通常接基准电压引脚16的电阻分压器上，取得2.5V的基准电压作为参考电压。误差放大器的比较输出信号与锯齿波电压信号经PWM比较器后，输出随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，即PWM信号，该信号有PWM锁存器锁存。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，导致PWM比较器输出为高电平的时间变长，PWM锁

35、存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将变短，从而使输出电压回落到稳定值，反之亦然。4.3 SG3525工作频率及外围电路设计4.3.1 工作频率设计SG3525的振荡器频率计算公式为：f=1/(0.67RT+1.3RD)CT (53)已知SG3525的工作频率范围为100Hz 400kHz。考虑本设计的输出功率及开关电源的频率要求，本次设计选用振荡器频率为200kHz，及工作频率为100kHz。所以RT的取值为5k，RD的取值为160，CT的取值1400pF。4.3.2 SG3525外围电路设计 本设计为单端正激式开关电源，所以只使用了引脚11作为输出端，引脚14则悬空。因为电

36、力MOSFET的栅源级之间有数千皮法的极间电容，为了能快速建立驱动电压，在引脚11外接了由R31R32D18构成的驱动电路。R31=100，R32=20k。引脚8接软启动电容C16,在启动过程中，电容C16充电，电压升高，当引脚8处于高电平时，SG3525开始工作，C16=1F。SG3525整体外围电路图如图6。图6 SG3525外围整体电路图4.4 功率MOSFET选择因为SG3525是用来驱动N沟道功率MOSFET的。所以选用N型MOSFET。开关管管断后承受的电压UsUs=(1+N1/N3)Uin=528V (54)本设计选用IRFBC40，漏源极最大耐压600V，漏极连续最大输入电流6

37、.2A5输入、输出、反馈和辅助电源电路设计5.1 输入电路设计5.1.1 EMI滤波器设计电磁干扰滤波器（即EMI）是为了有效地抑制电网中的噪声窜入电源和抑制开关电源产生的噪声污染电网6。本设计采用如图7的EMI滤波器。图中C1和C2为高频旁路电容用于抑制差模噪声，通常选用薄膜电容,其取值范围一般为0.011F，本设计选0.22F的薄膜电容。电感T1、电容C3和C4形成共模滤波，电容通常选用自谐振频率较高的陶瓷电容，其取值一般为22006800pF,本设计选取最小值2200pF。合理假定开关电源的开关频率处需要大概24dB的衰减，则转折频率fC:fC=fS×10-24/40=100k

38、Hz×10-24/40=25kHz （55）式中fS是电源的工作频率。假定线路阻抗是50（LISN的测试阻抗值），此阻抗可以作为电抗性滤波器的阻尼元件。最小阻尼因子应不低于0.707。因为低于此值将出现震荡，并在转折频率处衰减小于3dB。 L=RL/（fC）=50×0.707/(25)=450H （56）所以T1取值为450H/H。图7 EMI滤波电路5.1.2 输入整流电路设计因为单相桥式整流电路整流电压脉动小，变压器利用率较高，所以本设计的输入端采用单相桥式整流电路。电路图如图8，负载V0上的波形与电流I0的波形是相同的，波形图如图9。单相桥式整流电压平均值为： V0=

39、V2sintdt=0.9V2 (57)直流电流为： I0=0.9V2/RL (58)有图可知二极管D1、D3和D2、D4是轮流导通的，所以流过每个二极管的平均电流为： ID=0.5I0 (59)二极管在截止时承受的最大反向电压VDRM: VDRM=V2 (60)图8 单相桥式整流电路图图9 单相桥式整流电路波形图本次设计的输入端整流二极管的耐压必须超过375V，最大电流超过1A，所以我选择1N4004，它的VDRM=400V，IF=1A。5.1.3 输入保护电路的设计常用的输入保护电路有如图10的几种结构:图10 输出保护电路图图（a）中的熔丝管FU起到输入过电流保护作用。在中小功率开关电源中

40、，熔断电流应等于额定电流的1.251.5倍，本设计选用1.8A/250V的熔丝管。图（b）的RF是熔断电阻器，与FU作用一样。压敏电阻器RV的作用是吸收浪涌电压，具有过电压保护，防雷击的作用。在交流回路中，一般有min（U1mA）(2.22.5)UAC。本设计选用压敏电压550V左右的压敏电阻。热敏电阻RT的作用是吸收浪涌电流，起到限流作用。本设计选用NTC10D-117。当功率开关管(MOSFET)关断时，为了对由高频变压器漏感所形成的尖峰电压进行钳位和吸收，以防止MOSFET因过电压而损坏，设计如图11的钳位保护电路。图11 钳位保护电路图为了防止开关管过热造成损坏，设计如图12的过热保护

41、电路，由R5,C7,TT201构成。当开关管过热时，R5为热敏电阻，阻值增大，使TT201导通，使开关管的基极电流被N型控制栅热晶闸管TT201旁路，使开关管截止，防止过热。图12 过热保护电路图5.2 输出电路设计5.2.1 输出电路整流电路设计输出端得整流电路选择单相半波整流电路。电路图如图13。波形图如图14。图13 单相半波整流电路图图14 单相半波整流电路波形图因为肖特基二极管的压降低，损耗较小，可以提高电源效率。所以输出整流管一般选用肖特基二极管。二极管选择的条件如下：VRM1.25PIVS (61)式中VRM是管子的最高反向工作电压，PIVS绕组上的最大峰值反向电压,并且PIVS

42、=V0+Vinmax×NS/NP (62)所以对于输出电压为12V，5V的绕组：VRM11.25( 12+375×2÷31) 45.24VVRM21.25(5+375×1÷31) 15.12V所以输出为12V,5A的绕组选择SK150,它的VRM为50V，If为30A。输出为5V,30A的绕组选择1N5820它的VRM为20V，If为75A。输出为-5V,10A的绕组选择1N5817它的VRM为20V，If为25A。5.2.2 输出滤波电感设计滤波电感的目的是当开关关断时，为负载储存能量。还有就是把方波脉冲积分成直流电压。输出端最小电感Lmin

43、：Lmin=(Vinmax-Vout)Ton(est)/(1.4Iout(min) (63)式中Vinmax是对应输出端整流后的最高峰值电压，Vout是输出电压，Ton(est)是估计的最大输入电压下，开关管导通时间，Iout(min)是预先知道的输出端上负载最小电流。根据UO/Uin=(NS/NP)( Ton/T) (64)式中NS为原边绕组匝数，NP为对应输出端匝数，UO为对应输出端电压。Uin为原边绕组电压。Ton为一个周期内开关管开通时间，T为开关管工作周期时间。则Ton(est)=2.28s。所以根据式（63）得：12V输出端最小电感值：L3=(20-12) ×2.28/(

44、1.4×5)=2.61H5V输出端最小电感值：L4=（10-5）×2.28/(1.4×30)=0.27H-5V输出端最小电感值：L5=（10-5）×2.28/(1.4×10)=0.81h（1）12V绕组电感设计电感L=2.61H，直流电流I=5A，磁通密度Bm=0.4T(预选值),选用铁粉磁芯，则Kj=590,X=-0.12。Pe=LI2/2=（2.61×10-6×25）/2=0.000032625 （65）AP=(2Pe×104)/( BmK0Kj)1/(1+X)=(2×0.000032625×

45、;104)/(0.4×0.4×590)1/(1-0.12) =0.00345cm4 （66）选取T50-26型号的磁芯，AP=0.0521cm4,AL=0.033H/N2。根据式（21）得J=KJ(AWAe)X=590×0.0521-0.12=837.8A/cm2AXP=I/J=12/837.80.01432cm2 由表3AWG导线规格表可得最接近的线号是AWG16AXP=0.01307 cm2 绕线匝数N=（L/AL）0.5=(2.61÷0.033)0.5=8.89因为此匝数为电感值最小时的匝数，所以匝数取11匝。则电感L=N2AL=3.993H（2）

46、5V绕组电感设计电感L=0.27H，直流电流I=30A，磁通密度Bm=0.4T(预选值)。Pe=LI2/2=（0.27×10-6×900）/2=0.0001215AP=(2Pe×104)/( BmK0Kj)1/(1+X)=(2×0.0001215×104)/(0.4×0.4×590)1/(1-0.12) =0.0154 cm4选取T50-26型号的磁芯，AP=0.0521cm4,AL=0.033H/N2。根据式（21）得J=KJ(AWAe)X=590×0.0521-0.12=837.8A/cm2AXP=I/J=30

47、/837.80.03581cm2 由表3AWG导线规格表可得最接近的线号是AWG12AXP=0.03308 cm2 绕线匝数N=（L/AL）0.5=(0.27÷0.033)0.5=2.86因为此匝数为电感值最小时的匝数，所以匝数取5匝。则电感L=N2AL=0.825H(3)-5V绕组电感设计电感L=0.81H，直流电流I=10A，磁通密度Bm=0.4T(预选值)。Pe=LI2/2=（0.81×10-6×100）/2=0.0000405AP=(2Pe×104)/( BmK0Kj)1/(1+X)=(2×0.0000405×104)/(0.

48、4×0.4×590)1/(1-0.12) =0.00441cm4选取T50-26型号的磁芯，AP=0.0521cm4,AL=0.033H/N2。根据式（21）得J=KJ(AWAe)X=590×0.0521-0.12=837.8A/cm2AXP=I/J=5/837.80.00597cm2 由表3AWG导线规格表可得最接近的线号是AWG19AXP=0.00653 cm2 绕线匝数N=（L/AL）0.5=(0.81÷0.033)0.5=4.95因为此匝数为电感值最小时的匝数，所以匝数取6匝。则电感L=N2AL=1.188H5.2.3 输出滤波电容设计在输出整流电路后加上电容，可以抑制电路纹波，要求选用的电解电容具有较低的等效串联电阻ESR，且电容的耐压值较高8。正激式输出级的滤波电容可以有输出纹波电压峰值计算得到。滤波电容最小值计算公式为：Coutmin=Iout(1/fs-Ton(max)/ Vripple(max) (67)式中Iout是输出端额定电流值，单位为A。Ton（max）是输出整流二极管最大导通时间，Ton=4.85s。Vripple(pk-pk)是输出电压纹波值，单位为V，一般取1%V