开关电源设计与应用报告 - 基于反激变换器的LED电源的分析研究

1、开关电源设计与应用姓 名:学 号：学院(系):自动化学院 专 业:电气工程题 目:基于反激变换器的LED电源的分析研究 指导老师： 摘要开关电源在生活中无处不在，它具有效率高，体积小的特点。本文就是以开关电源为研究对象，先介绍了开关电源的应用背景。然后以一款LED电源为对象，根据本学期学习的开关电源的设计与应用的知识，查阅相关的资料，来分析该电源的工作原理。该电源是本人在本科大四期间，在上海bcd公司实习期间接触到的一款LED灯的驱动电源,正好这款产品是由我测试的测试报告，在报告里面，有该电源的原理图，bom表，以及性能测试波形。通过这学期姚老师认真地讲解开关电源，本人对这款产品有了新的认识。

2、在讲解该款电源的内容中，首先介绍了本电源使用的一款芯片AP1682芯片，讲解了该芯片的工作原理。通过该芯片，该电源可以实现PFM调节和功率因数的校正，在这一部分内容中，将进行相应公式的推导，验证该电源是如何实现PFM调节和功率因数的校正。然后根据工作原理和该电源的性能参数，推导出了该电源的变压器的设计参数，器件的参数。接着使用Seber仿真了该电源。最后，结合我的那份测试报告来对电源分。最后，对本文进行了总结，谈谈本人对开关电源应用与设计课的感悟。关键字：开关电源 AP1682 功率因数校正目录1 开关电源的应用背景12 本论文所研究电源的性能指标23 电源原理分析23.1 电源的外形23.2

3、 电源的原理图33.3 AP1682芯片的工作原理33.3.1 AP1682芯片的外形33.3.2 AP1682的引脚的功能介绍33.3.3功率因数校正和恒定输出电流控制策略43.3.4 VCC引脚的工作区间73.3.5 FB引脚的工作区间73.3.6 输入电压的检测83.3.7 初级电流检测和过电流保护（OCP）83.4 本章小结84 电源变压器和开关器件的选择94.1 变压器的设计94.1.1变压器匝数比的计算94.1.2 变压器电感的设计104.1.3 变压器匝数的设计104.1.4 变压器元副边导线线径的计算114.2 开关管的选择124.2.1 初级开关管的选择124.2.2次级续流

4、二极管的选择134.3 输出电容的选择134.4输入电压检测电路的设计144.5 FB引脚检测电路的分析154.6线补偿电路的分析164.7其他电路的设计174.7.1 保护电路174.7.2 EMI滤波器电路174.7.3漏感能量的吸收电路175 电源仿真及其分析185.1 仿真电路拓扑185.2 功率因数校正功能仿真185.3 原副边工作电流仿真185.4 功率器件工作仿真195.5 输出电压和输出电流仿真196 开关电源工作状态的分析206.1 电源中各元件的参数206.2 变压器的参数216.3 电源性能的分析226.3.1 电源的效率236.3.2 电源输出电流的测试236.3.3

5、功率因数特性246.3.4输入电压和输入电流的波形256.3.5输出电压和电流的纹波266.3.6 Mosfet VDS 波形测量266.3.7 输出二极管反向电压波形测量276.3.8 起动时间的测量286.3.9 温度测试287 总结29参 考 文 献301 开关电源的应用背景电源是一个系统的力量之源，无论是数字电路，模拟电路，信息电子电路，还是电力电子电路，都需要稳定的直流电供电。它的发展过程是与时俱进的，伴随着电子线路的发展而发展。电子元件的发展是伴随着材料的发展而发展，电子线路是随着电子元件的发展而发展。由当初的真空管电路，发展到晶体管电路，再发展到小规模的集成电路，直至今天的大规模

6、及超大规模集成电路，其相应的供电方式同样也发生了很大的进步。在电子线路被真空管统治的时代，大部分电子线路并不要求供电电源十分稳定，那时的电源很多是整流滤波。通常只要将市场上的交流电经过变压器转换到合适的电压值后，通过电子管整流变成脉动直流电，然后经过简单的电容滤波电路或简单的电感输滤波电路将脉动直流电转换成为需要的平滑直流电。为了携带方便，有些设备采用电池供电，这时的真空管是专用于电池供电，例如当年的电池式收音机，就是这种原理。随着晶体管问世后，相对于真空管，它具有功耗低、体积小、价格相对便宜、连接方式灵活等特点，使真空管很多不能实现的功能得以实现，特别是在脉冲电路、数字电路中。晶体管微型计算

7、机的运算速度、可靠性、功耗等方面远优于真空管微型计算机。晶体管的应用领域也越来越广阔，晶体管电路对电源的要求也越来越高，于是出现了独立存在的晶体管稳压电源。在很多晶体管电路中也设置了稳压电源。这些稳压电源通常就是人们熟知的线性稳压电源。时至今日，在很多电源的应用场合，仍然可以见到线形稳压电源。随着集成电路集成度的不断提高，这使得微型计算机的体积不断减小。这时线性稳压电源已不再适应当今的潮流，开关型稳压电源使微型计算机的微型化成为可能，时至今日所有的微机和笔记本电脑的电源适配器都是开关电源的电路结构。直到今天，开关电源仍然处于高速发展阶段。现在，电力电子技术已经处于了高速发展阶段，电力电子设备在

8、人们的工作和生活方面扮演着重要的角色。然而，要想使这些电子设备正常运转，就必须要有可靠的电源。早在上世纪的80年代，计算机里面的电源已经实现了开关电源化，这也意味着计算机的电源实现了换代。随后进入90年代，在这短短的十年里，开关电源相继进入了人们生活中的很多领域，这大大促进了开关电源技术的迅速发展。电源都有着一个共同特点，即同一类型的电源，其成本都随着输出功率的增加而增长。然而，线性电源的成本在某一个输出功率点上，比开关电源要高。当今的时代，是一个技术处于高速发展的时代，这让开关电源的技术也处于不断创新，为开关电源的发展提供了广阔的空间。开关电源的工作频率越来越高，开关电源的体积越来越小。这两

9、个特点，让开关电源进入了广泛的应用领域，在高新技术领域中也占有一席之地，从而推动了高新技术产品的小型化、轻便化。开关电源的高频化和小型化，在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。2 本论文所研究电源的性能指标该电源采用的是反激变换器的拓扑结构。输入为85V-265V AC，50HZ的交流电，输出为30V，1A。功率因数PF>0.94。总谐波含量<10%效率>85%。3 电源原理分析3.1 电源的外形图 3.13.2 电源的原理图图 3.2 电路工作原理图3.3 AP1682芯片的工作原理在图3.2中，绿色的部分为控制电源的芯片AP1682，下面将分析AP1682是

10、如何控制电路的正常运转。3.3.1 AP1682芯片的外形AP1682芯片采用了SOIC-8封装，下面为AP1682芯片的外形图。图 3.3 AP1682芯片的外形3.3.2 AP1682的引脚的功能介绍表3.1 芯片引脚功能介绍引脚号引脚名功能1NC不连接2VS检测整流后的输入电压的瞬时值3VPK检测整流后的输入电压的峰值4CS检测原边电流5FB捕获从辅助绕组的反馈电压，用于控制无负载时的输出电压，并确定启动阶段加速的停止点6GND接地7OUT栅极驱动器输出引脚，用于驱动三极管或者MOS管8VCCIC的电源引脚。 AP1682芯片的内部逻辑功能原理图图3.4是AP1682的逻辑原理图，相关的

11、逻辑原理，和工作原理将在后面介绍。图 3.4 AP1682芯片的内部逻辑原理图3.3.3 功率因数校正和恒定输出电流控制策略实现PFC功能需要输入交流电流波形跟随输入交流电压波形，使得输入电压和电流的相位角差接近于零，从而实现高的功率因数。该芯片采用PFM调制技术，反激式转换器始终工作在断续电流模式（DCM）,采用了初级端调节（PSR）来调节恒定输出电流，实现高功率因数。图3.5给出了原边，副边的电流和反馈绕组电压等波形。图 3.5基本的工作波形图在稳定的状态下，一个开关周期内，加在原边电感上的电流在时间上的积分为，可以推出平均输入电流为 （3.1）其中为初级开关时间，为初级绕组峰值电流，为一

12、个开关时间段时间。根据电感方程，可以得出初级电感电流的导通时间为 （3.2）其中是变压器的初级绕组的电感。在芯片的逻辑原理图中，可以看出，CS引脚可以检测出原边的峰值电流 （3.3）假设一个参数，使得 （3.4）其中是二次侧二极管的导通时间。由公式（3.1）,（3.2）,（3.3）和（3.4），可以得出 （3.5）当输入电压以相位角为变量时，输入电压为： （3.6）由于为正弦函数，它的包络为正弦的馒头波，为了使输入电流的波形紧跟随输入电压的波形，就必须使得输入电流为正弦函数，并且其初相位和输入电压相同，才能实现功率因数的校正。从图3.5和表3.1中，可以得到： （3.7）Kline和Vcs-r

13、ef为假设的参数，通过逻辑原理图，可以得到为关于的正弦函数 （3.8）其中为一个比例系数。假设 （3.9）在这里，通过调整，假设为1V，是4/9和是4/9V。由公式(3.2)，可以得到 （3.10） 根据稳定状态下，由变压器原边副边的伏秒数平衡得到 （3.11） 由公式（3.10）可以得出 （3.12）是变压器的功率转换效率。从上述公式（3.5），（3.6）（3.7），（3.8），（3.9）（3.10）（3.11）（3.12）可以得到 （3.13）因此从公式（3.13）可以看出，输入电流跟随着输入电压，它显示了PFC控制功能的工作原理。验证了图3.5中的基本工作波形。由于输入电流和输出电流满足

14、，可以得到输出电流平均值为 （3.14）从公式（3.14）可以得出结论，说明该输出电流有脉动，这会导致输出电压纹波。在反激式拓扑结构中，需要有输出电容过滤纹波。因此，最后的输出电压纹波取决于总输出电容。而对于LED驱动器，输出电流纹波由输出电压纹波和负载LED的伏安特性决定的。输出电流的DC值为 （3.15）因此，设计好适当的参数设计后，可实现使得输出电流恒定。3.3.4 VCC引脚的工作区间过压保护，就是一种对输出端子间过大电压时进行的负载保护。LED照明应用中，因为LED单元的正向电压降具有随着电流和实验操作温度的变化而变化的特性，因此输出电压的波动范围较宽。所以引脚电压从辅助绕组耦合变压

15、器绕组得到的电压也需要较宽的工作电压。芯片启动电压阈值为18.5V（典型值），UVLO电压阈值（该工作值下芯片处于正常工作状态下时引脚电压的最小值）是8.0V。引脚电压具有较宽的工作电压区间，为8V到30V。如果引脚电压高于30V，AP1682芯片将进入过压保护保护状态，这将导致芯片自动重启电路。3.3.5 FB引脚的工作区间FB引脚电压有几个比较器的阈值，当FB引脚处于不同电压区间时，FB引脚具有不同的功能。LED照明应用中，必须减少开通延迟时间。为了减少启动时间，芯片中嵌入了加速启动功能。启动阶段之后，引脚电压达到导通阈值后，芯片控制电源转换器达到最大频率，以提供更多的输出能量。芯片通过检

16、测FB引脚电压，当FB引脚的电压达到软启动阈值1.75V时，加速启动阶段将停止。FB引脚的电压从1.75V到4V时，系统工作在恒流区域。输出电流是恒定的而不管输出电压变化。FB引脚电压达到4V时，电路系统将工作在打嗝状态（系统按照一定的周期，不断地重启）。当负载开路状态或负载断开时，输出电压上升到最大值，这时，FB将使系统进入打嗝状态，以保持输出电压低于最大值，而引脚电压在启动阈值和UVLO阈值之间的最大值间变化。如果出现异常状况，如故障或连接多余的辅助绕组匝数，FB引脚电压达到6V，这时，芯片将进入FB OVP保护状态。这将导致芯片内部的锁存器进入工作模式。图3.6示出FB引脚工作区域。图

17、3.6 FB功能区域图3.3.6 输入电压的检测在图3.3中，通过连接到整流后的直流母线的电阻分压器电路，引脚检测瞬时输入电压，引脚检测相应的峰值。因此为正弦波信号，其作为电流参考信号。在一般情况下，值应该是0和1之间的设计。3.3.7 初级电流检测和过电流保护（OCP）过流保护是一种电源保护负载的功能，以避免因输出端子上发生短路在内的过负载输出电流对电源和负载的造成损坏。CS引脚的信号是电流检测信号，具有检测初级峰值电流和OCP功能。根据公式（3.3），设计初级电流检测电阻值，可以使输出电流为某一恒值。在一半电源周期里，CS引脚峰值应该被设置为1V。短路保护时，初级侧OCP比较阈值为4V，当

18、触发OCP时，芯片进入锁存模式和开关停止工作。只有通过重新上电，锁存模式才能解除。3.4 本章小结本章首先展示了电源的外形和它的工作原理图。接着通过原理图和对芯片的介绍，推导了芯片的功率因数校正功能和输出电流恒定的实现。然后分析了引脚和FB引脚的电压工作区间。最后分析了芯片检测输入电压的方法和实现初级电流检测和过电流保护的策略。4 电源变压器和开关器件的选择4.1 变压器的设计本电源中使用的变压器为反激变压器，下面的内容中结合了反激变压器和芯片的特点，来设计变压器。4.1.1变压器匝数比的计算为了保证反激式变压器工作在DCM模式，在整个输入范围和输出负载条件下，和了应满足 （4.1）根据PFM

19、原理，由公式（3.13）可以得出，要使输出电流恒定，则输出电压必须恒定。在最小输入电压，最大输出电压，时的条件下，的峰值最大。一般就是在这种最恶劣的输入电压情况下选择器件。可以推出，在这种情况下反激式变换器工作在DCM模式。在这种情况下： （4.2）其中为续流二极管的压降。由公式（3.2）,(3.12)，（4.2）可以推出 (4.3)可以得出(4.4)即 （4.5）最终的匝数比的设计应考虑初级开关和次级二极管的电压应力。以便选择合适的开关管，续流二极管等器件，变压器的骨架和元副边导线的线径。次级二极管的正向电压压降约为0.4V，变压器转换率 为约0.9和值是1，根据公式（4.5）中，因此，电源

20、的变换器的最大的匝数比为考虑到初级开关和次级续流二极管电压应力的选择，被选为4.3。4.1.2 变压器电感的设计在低输入和最大输出负载时的最小开关频率被设置为，那么就可以得到（4.6）可以得到初级电感为 （4.7）其中芯片的cs引脚的电流检测电阻 （4.8）由公式（4.7）变压器原边的电感为 4.1.3 变压器匝数的设计变压器的最坏情况是在最小正弦波输入电压和最大输出负载电压时。变压器应根据最坏情况下来设计。铁氧体磁芯的有效窗口面积是，最大磁通密度为 （4.9）二次侧绕组匝数为 （4.10）辅助绕组匝数为 （3.11）其中是最小的LED单元的条件下的最小输出电压。是在该条件下，所需的最大引脚电

21、压。PC40铁氧体磁芯被选择为变压器铁芯。骨架为PQ2610，它的窗口有效面积 ，最大磁通密度设定为0.28T，所以由公式（4.9），（4.10），可以得到初级绕组匝数和次级绕组匝数为： 匝 匝 ，则匝 设置为20V，所以由公式（4.11）得到辅助绕组的匝数 匝 4.1.4 变压器元副边导线线径的计算选择变压器的线径，需要考虑导线的集肤效应，发热等因素。在50KHz时，铜导体中的穿透深度为 （4.12）一般导线的半径要小于 。 考虑到导线的发热问题，以及其他损耗问题，在这里选择导线的电流密度。 原边中的开关管的最大漏极至源极电流（RMS值）是 （4.13） 可以得到原边电流因此，可以计算出副边

22、电流的有效最大值 （4.14）在这里，原边需要的导线的截面积 （4.15）当选取0.4mm时，小于，需要的股数为 （4.16）同理，副边需要的导线的截面积为 （4.17）副边导线的直径选择0.5mm时 （4.18）经过计算可以得到，原边使用0.4mm线，一股绕制。副边使用0.5mm线，两股并绕。 4.2 开关管的选择4.2.1 初级开关管的选择在反激变换器中，开关管关断的瞬间，由于二次端的耦合，此时图2.3中的3端的电压将比1端的电压高，由于漏感的存在，因此还存在漏感尖峰电压，因此主开关的最大电压应力为 （4.19）其中设置为100V。是尖峰电压是由漏感造成的，取决于初级峰值电流值和漏电感值，

23、约100V到200V。这里设置为100V。由公式 (4.13)可以得到实际上，为了保证开关管不被击穿，在实际的设计中选择更高电流应力和电压应力的MOSFET。在这里可以选择7N65的MOS管。4.2.2 次级续流二极管的选择 次级二极管的最大电压应力为 (4.20)在次级二极管的平均状态电流最大值为 (4.21)可以选择MBR20200CT的二极管，它的耐压值为200V，能通过的最大电流为20A。4.3 输出电容的选择从公式（3.14）可以看出，在次级侧电流包括直流分量和交流成分。输出电流的交流分量是 (4.22)最大输出纹波电流为（峰值） (4.23)通常小于30。LED负载有一个动态电阻，

24、它可以用LED单元的伏安曲线计算出来。所以输出电压纹波是 (4.24)输出电容与输出LED容性负载并联，所以输出电压纹波 (4.25)从上面的公式，可以看出，较高的输出电容，较低的输出电流纹波。为了满足输出电流要求，最小输出电容是 (4.26)一个大容量输出电容是用来消除输出电流纹波，但是仍然有小的电流纹波。这个纹波将在LED上产生动态电阻。在30V 1A的输出时，通过查阅LED的伏安特性曲线，可以求出在这种情况下时，由公式（4.26）可以得到较高的输出电流纹波，所需的输出电容较高。最坏的情况是，当为100，所需的输出电容是0，这意味着最大输出电流纹波振幅（峰值）等于输出电流的平均值。输出纹波

25、电流也取决于输出LED负载特性。较高的动态电阻，较低的输出纹波电流，所需的输出电容较低。这个电容的选择为参考值，具体的电容，要按照实际情况，略有变动。因此在这里，电源所用的输出电容为2000uF。4.4 输入电压检测电路的设计 引脚和引脚的电压范围是从0到钳位电平3.5V。对于大多数隔离型反激变压器的应用中，的最大值，始终设置为1。在最大输入电压 时，本论文中的和引脚的最大电压设置为3V。以图2.2中分析， 引脚电阻分压器比例应该设定为 （4.27）一个100pF的陶瓷电容应放置引脚到GND引脚之间，以避免高频率的噪音。由于引脚检测正弦波波形的峰值，需要一个低通滤波器得到正弦波形电压的平均值。

26、所以引脚的电阻分压器的比例应该设定为 (4.28）为了降低和引脚的电阻分压器的功率损耗，R3 + R4+ R5 + R6的总电阻应尽可能地大。RC低通滤波器由和组成。电容为1F，为330K。 如果和选择为1M，由公式（4.27）得到则约为25.3k时，才可以实现求输入正弦波形的直流平均值。 引脚的最大值设置为3V,由公式（4.27），引脚电阻分压器比例为 从而可以得出因此，根据经验，。4.5 FB引脚检测电路的分析 引脚上的辅助绕组紧密耦合初级和次级绕组，辅助绕组电压为 (4.29)在无负载或负载断开的条件下， FB端子检测到过电压时，电源会工作在打嗝模式，并保持输出电压低于最大输出电压的限制

27、值。在正常操作中，FB引脚电压应小于阈值4V，本论文中，选用3V为FB正常工作时的电位，那么该分压器应满足 (4.30)FB引脚的电阻分压器用于检测输出电压，由公式（4.30）得到电阻分频器比例： 在这里，取为47K，则为10K。4.6 线补偿电路的分析MOS管的导通是由芯片内部的逻辑电路控制的，而MOS管的关断是在由CS引脚电压与给定的参考进行比较来控制的。初级峰值电流达到峰值到控制MOS管关断时，这里有一个恒定的延迟时间。这种延迟可以等价为初级峰值电流值与理想值有一定差值，其中满足 (4.31)不同的输入电压导致不同，这将导致了不同的恒定输出电流值。因此，为了减少或消除这种间隙并达到更好的

28、输出电流的精度，线补偿电路是必要的。一个从直流母线连接到CS引脚的电阻，可以取消该峰值电流差距 。补偿电路应满足： (4.32) 当 (4.33)由于延迟时间包括芯片内部延迟时间，大约为80ns。本电源设计的延迟时间取80ns，由公式（4.33），可以得到 （4.34)4.7 其他电路的设计4.7.1 保护电路在输入端加上保险丝和压敏电阻，在工作时提供过流保护和防护因电力供应系统的瞬时电压突变造成对电路的伤害。图4.1 保护电路4.7.2 EMI滤波器电路在电路中，共模电感，以及和，和组成了EMI滤波电路。图4.2 EMI滤波器电路4.7.3 漏感能量的吸收电路如图中红色方框中的电路，该电路为

29、RCD箝位电路，开关管关断时刻，二极管导通，然后电容C上的电压瞬间升高，使二极管截至，然后C通过R放电，这些能量大部分消耗在R上，从而有效抑制开关管关断时的电压尖峰，然而，这对效率有不可忽略的影响。图4.3 漏感能量的吸收电路5 电源仿真及其分析5.1 仿真电路拓扑使用Saber进行单级PFC反激变换器的仿真。图5.1为仿真时的电路图。由于库中无AP1682的芯片，该仿真电路中，利用信号源来替代芯片，从而实现对开关管的导通和关断。图5.1 电源仿真电路5.2 功率因数校正功能仿真要想实现功率因数校正，就必须使得输入电流的波形紧紧地跟随输入电压，即让输入电流和输入电压的相位差尽量为零，从而实现了

30、PFC功能，如图 4.2所示，为仿真时，输入电流和输入电压的波形。图5.2 功率因数校正仿真波形仿真图中，输入电流与输入电压的相位角的差接近于零，验证了电源的PFC功能。5.3 原副边工作电流仿真按照理论的计算公式，可以推出，和波形的包络为正弦馒头波形，并且，即电路工作在DCM模式，图5.3为原副边电流的波形。图5.3 原副边的工作电流波形从图5.3可以看出，当反激变压器处于高频开关状态时，比如50KHZ时，在MOS管导通时，原边的电流与时间成线性关系。在二极管续流时，副边的电流与时间成线性关系。5.4 功率器件工作仿真当把输入电压加到265V时，这时MOS管和续流二极管承受的反向耐压的峰值最

31、大，这时可供选择MOS管和续流二极管。 MOS管的工作波形 续流二极管的工作波形图5.4 MOS管和续流二极管的工作波形从图5.4可以得到，MOS管的最大耐压值为540V，在第三章中， 选用了7N65的MOS管，符合仿真的耐压要求。图5.4中，可以得到续流二极管的最大耐压值为140V，在参数设计中，选用了MBR20200C肖特基二极管，它的耐压为200V，符合仿真结果中的耐压要求。5.5 输出电压和输出电流仿真当输入电压为230V时，可以通过这时的输出电压电流波形，观察电源的工作情况。输出电压波形输出电流波形图5.5 输出电压和电流波形从图5.5中可以看出，输出电压的平均值约为30V，电流的平

32、均值约为1A，电流的纹波因数低于30%。6 开关电源工作状态的分析6.1 电源中各元件的参数为了让电源满足设计要求，各元件中的参数由实际测试时进行确定，通过查阅该电源的测试报告，可以得到电源中各元件的参数如下：表6.1 BOM表器件名称器件概述数量C1150Nf/275V, X2 safety capacitor1C2330Nf/400V, capacitor CL211C3100Pf/16V, 0603, ceramic capacitor1C4330Nf/16V, 0603, ceramic capacitor1C51Uf/50V, , * electrolytic capacitor1C

33、60.1Uf/50V, 0603, ceramic capacitor1C72.2Nf/1KV,1206 ceramic capacitor1C81Nf/500V, 1206, ceramic capacitor1C9,C101000Uf/50V, , * electrolytic capacitor2CY14.7Nf/275V, Y safety capacitor 1D1Diode, 1N41481D21A/600V, SMA, ES1J1D3MBR20200CT, TO-2201L1,L22.2Mh, Inductor,10mm*15mm2L312Mh, Common Inductor1

34、F1Fuse,2A /250V1VR1Varistor, 07D471K1BD11A/700V,DB107S1R1,R24.7K ohm, 5%, 1206, resistor2R3, R41Mohm, 5%,1206, resistor2R59.1K, 1%, 0603, resistor1R616.2K, 1%,0603, resistor1R7330K, 1%,0603, resistor1R8, R9390K,5%,1206,resistor2R10100K, 5%,1206,resistor1R1110 ohm, 5%, 0805, resistor1R126.2M, 5%, 120

35、6, resistor1R1320ohm, 5%,0603 , resistor1R143.3K, 1%,0603 , resistor1R150.82R, 1%,1206 , resistor1R161R, 1%,1206 , resistor1R1747K, 5%,0603, resistor1R1810K, 5%,0603, resistor1R19AR19B330K,5%,1206,resistor1330K,5%,1206,resistor1R20AR20BNC0NC0R21240K,5%,1206,resistor1R22,R23NC0ZD1Zener 27V,PDZ27B/SOD

36、323,1T1PQ26/20, 12 pin 550Uh, 5%,Transformer1U1AP1682, SOIC-8, BCDs IC1Q1MOSFET, 7A/650V, TO-2201Q2PNP, BC8571PCB133mm*40mm16.2 变压器的参数为了减少变压器产生的EMI干扰，需要在第一层原边绕组上加一层屏蔽层。变压器的参数和绕制方法如：表6.2 变压器的参数骨架 磁芯原边感量原边匝数副边匝数辅助匝数PQ2620 PC40=0.55mH38Ts9Ts 6Ts绕线连接示意图如图6.1、绕制方法如表6.3961919图6.2 变压器绕线连接图表6.3 变压器的绕制方法顺序 绕

37、组名称 绕制说明 1 W1 原边绕组 起于Pin3，0.4mm*1导线，19Ts，1层，收于2. 2 绝缘胶带 1层绝缘胶带3 W2 屏蔽 起于Pin6，0.2mm*1导线，绕满1层，末端悬空。4 绝缘胶带 1层绝缘胶带5 W3 副边绕组 起于Pin11，三重绝缘线0.5mm*2，9Ts，1层，收于Pin8.6绝缘胶带 2层绝缘胶带7 W4 辅助绕组 起于Pin5，0.2mm*2导线，6Ts，1层，收于Pin6. 8绝缘胶带 1层绝缘胶带9W5 原边绕组起于Pin2，0.4mm*1导线，19Ts，1层，收于Pin1. 10绝缘胶带2层绝缘胶带变压器绕制好后，必须用测量变压器1脚和3脚的电感量，

38、通过打磨磁芯来使得原边的电感量达到设计要求。6.3 电源性能的分析下面是我当年测的实验报告上的数据和波形，下面就利用我现在所学的知识，对这些数据和波形进行分析。6.3.1 电源的效率电源的输入电压为85V-265V，表6.4为测试了多组输入电压的数据，制成的效率曲线如图6.4所示：表6.4 测试数据(V)(V)(A)（W)（%）8529.4031.06735.67887.93%10029.1911.07835.49788.65%11029.1441.081235.36489.10%12029.1111.082635.23289.45%13029.0911.082535.09989.72%140

39、29.0711.082334.99889.90%15029.0511.082334.91490.06%16029.0341.081934.83690.17%17029.0191.081434.80190.17%18029.0041.080434.73990.20%19028.9941.08134.72790.25%20028.9871.08134.72190.25%21028.981.082434.74190.29%22028.9791.08334.7990.21%23028.9741.083834.82390.18%24028.9721.084834.87290.13%25028.9621.

40、085934.92490.05%26528.9641.085534.94489.97%图6.4 效率测曲线从表格和曲线中可以看出，该电源的效率在全电压范围内超过87%。6.3.2 电源输出电流的测试输出电流是电源的一个重要规格，该电源在输入电压变化的情况下，能够保持输出电流恒定，测试的结果如表6.5所示，输出电流线性调整曲线如图6.5所示：表6.5 输出电流Vin（V)Io(A)851.0671001.0781101.08121201.08261301.08251401.08231501.08231601.08191701.08141801.08041901.0812001.0812101.0

41、8242201.0832301.08382401.08482501.08592651.0855图6.5 电流线性调整曲线从表格和曲线中可以看出，电源的线性调整率： 由此可以看出电流的波动是很小的。6.3.3 功率因数特性通过AP1682芯片，交流电流波形跟随输入电压波形，从而实现了高的功率因数，通过在85V-265V 50HZ的交流输入下，得到了表 6.6的测试结果，并且制成了图6.6所示的功率因数的曲线：表6.6 功率因数Vin（V)功率因数（PF)850.9941000.99371100.99311200.99241300.99181400.99071500.98961600.988417

42、00.98671800.98421900.98152000.97882100.97562200.97272300.9692400.96432500.95922650.9504图6.6 功率因数曲线从上面的数据可以看出，电源的功率因数在0.94以上，随着输入电压的增大，功率因数在不断的减小。但能实现高功率因数的功能。6.3.4 输入电压和输入电流的波形 PFC功能是使得输入电流与输入电压的相位角差为零，图6.7分别测试在120VAC和230VAC输入电压下的输入电流和输入电压的波形，蓝线为输入电压。Vin=120V/50Hz满载 Vin=230V/50Hz满载图6.7 输入电压电流波形从图中可以

43、看出，输入电流紧跟随电输入电压，其相位差接近于零，实现了功率因数的校正。6.3.5 输出电压和电流的纹波图6.8，通过示波器,测量输出电流和输出电压的纹波，红线为输出电压，绿线为输出电流： Vin=120V/50Hz满载 Vin=230V/50Hz满载图6.8 输出电压电流波形从图6.8中，示波器显示的结果，可以得到输出电流的纹波小于30%。说明所选择的电容符合要求。6.3.6 Mosfet VDS 波形测量通过测 Mosfet的 VDS 波形，可以得到电源在工作时，Mosfet管两端的最大峰值电压，可以验证所选择的 Mosfet 管是否适合该电源。图6.9为通过示波器测量的Mosfet 的耐

44、压值以及相应的工作频率：Vin=85V/50Hz 满载Vin=265V/50Hz 满载图6.9 Mosfet的VDS从图6.9的波形，可以得到，在Vin=85V/50Hz 满载时，MOS管承受的最大峰值电压为349V。在Vin=265V/50Hz 满载时，MOS管承受的最大峰值电压为600V。可以验证所选择的MOS管7N65能满足电源工作时的需要。6.3.7 输出二极管反向电压波形测量通过测量输出二极管D3两端的电压波形，可以得到D3两端承受电压的峰值，从而确定所选择的续流二极管是否合适，图6.10为测量的结果：图6.10 输出二极管反向电压波形从图6.10可以看出，在Vin=85V/50Hz

45、 满载时，二极管的反响耐压值的峰值为77.5V。在Vin=265V/50Hz 满载时，二极管的反响耐压值的峰值为142.5V。MBR20200CT, TO-220，它的耐压值是200V，能满足电源工作时的需要。6.3.8 起动时间的测量通过同时测量输入电压和输出电流，可以测量出电源的起动时间，图6.11 在120VAC 50HZ和230VAC 50HZ下的起动波形，其中红线为输入电压波形，绿线为输出电流的波形：Vin=120V/50Hz，起动时间：400ms Vin=230V/50Hz，起动时间：358ms图6.11 起动波形从上面的波形中，可以得到，电源在电压为120V和230V下工作时，启动时间最长为400ms，小于500ms。6.3.9 温度测试温度测试是将电源在正常工作的情况下工作半个小时，此时电源温度已经达到了稳定，通过测量温度，可以确定电源的散热是否符合要求，通过用红外测温仪测量，得到结果如下： Vin=