反激式开关电源原理工程设计讲解

1、反激式开关电源原理与工程设计一反激式开关电源的原理剖析二反激式开关电源实质电路的主要零件及其作用三反激式开关电源电路各主要器件的参数选择四反激式开关电源pcb排板原则五变压器的设计六反激式开关电源的稳固性问题反激式开关电源原理与工程设计一反激式开关电源的原理剖析反激式开关电源电路拓扑UiVT1为何是反激式变压器的同名端相反利用了二极管的单导游电特征电感电流的变化为何不是突变电压加在有电感的闭合回路上，流过电感上电流不是突变的，而是线性增添。愣次定律：当电感线圈流过变化的电流时会产生感生电动势，其大小于与线圈中电流的变化率成正比；感生电动势老是阻挡原电流的变化变压器的主要作用与能量的传达理想变压

2、器与反激式变压器的差别反激式变压器的作用电感（储能）作用恪守的是安匝比守恒（而不是电压比守恒）储藏的能量为1/2LIp2限流的作用变压作用首次级固然不是同时导通，它们之间也存在电压变换关系，也是初级按匝比变换到次级，次级按变比折射回初级。变压器的气隙作用扩展磁滞回线，能使变压器更不易饱和磁饱和的原理图电感值跟导磁率成正比,导磁率=B/H是磁通密度是磁场强度简单调点,H跟外加电流成正比就是了，增添电流,磁流密度会跟着增添,当加电流至某一程度时,我们会发现,磁通密度会增添得很慢,并且会趋近一渐近线.当趋近这一渐近线时,这时的磁通密度,我们就称為饱和磁通密度,电感值跟导磁率成正比,导磁率=B/H是磁

3、通密度,H是磁场强度(电流增添,H会增添.)H会增添,但B不会增添,导磁率变化量会趋近零啦!电感值跟导磁率变化量成正比,导磁率变化量趋近零,那电感值会是多少?零开关管漏极电压的构成高压为基础部分折射回来的电压部分漏感产生的尖峰部分波形6.反激式拓扑开关电源有两种工作模式：完整能量变换，也叫做非连续导通模式。该模式的特色是，变压器在储能周期中储藏的全部能量在反激周期都转移到输出端。不完整能量变换，也叫做连续导通模式。储存在变压器中的一部份能量保存到下一个储藏周期开始。工作模式是由初级电流和负载电流决定的2、联合图1以非连续导通模式为例剖析反激式开关电源的工作原理。该模式反激式拓扑开关电源的一个工

4、作周期中有励磁、去磁、非连续导通三个阶段。励磁阶段：当开关VT1导通时，变压器初级励磁电感中的电流从零开始上涨。因为次级边的二极管拥有单导游通性，此时二极管反偏，在次级不导通电流，输出滤波电容C向负载供电。因为此阶段的作用是向初级励磁电感增补能量，认为在下一个阶段向次级绕组转移能量做准备，所以这个阶段被称为励磁阶段。去磁阶段：当励磁阶段结束后，VT1停止导通。因为电感电流不可以突变，励磁电感电流开始在初级电感上续流，能量经过变压器转移到输出端，在次级边上，二极管正导游通，输出端获得能量。此时，励磁电感上的电压反向，励磁电流开始降落，所以该阶段被称为去磁阶段。非连续导通阶段：当励磁电感的电流降落

5、到零时，变压器初级边的能量己经完整转移到次级边，次级边上二极管不再导通。此时反激式拓扑中的初级和次级绕组都不导通电流，等候着下一个周期的到来。在连续导通模式下，不存在这个阶段。7电流控制模式电流控制模式特色：有两个反应环1.一个由电流检测电阻输入电压和脉宽调制器构成响应速度快的内环构成一个由分压电阻、偏差放大器构成的响应速度慢的外环二反激式开关电源实质电路的主要零件及其作用实质电路（1）D1-D4D8Y12.2nFD7L4L34uHC6C72.2uHMUR120+4AIN5819R1C4STPS30LC85VR3VTSX18.6M4.7nF3300uF3300uF1000uF2MP6KE200

6、CAP+C547uFR7L1D5D691R2R410mHFR106T17.5M2MR10BAV20+C1EEL2510K47uFU2PC817DVSR5R8DV2KU1TOP256MNCR9F1SXR622KC106.81AC2100nFR3100C9U34.7uF15.4KC3TL431R11+220V47uF10K我司电路a.FD9022b.FD9020V004/FD1D2u7411N4007*4CED3D4R1R2C1M/12061MK/1206TNC11C121TR332C23320.1uF/275VX电容H43m04112FLC10.1uF/275VX电容RV1VF0510D471K

7、n27L4A20T1C1FU1DLNNGK0054RW1/R131RVW1K/1K/226745CRD5FR207R12D610R/1206IN4007EC24.7uF/50VIC11GND8VDD27FBGND36NCDRAIN4FD90205CSDRAINR17C13T147R102/1KV1EE25D7SR3100100nF/08051000uF/25V10EC7C5D8SR310025080/5K1080/K58611R5401488R0/K28REC3NCIC2C9104R9411K/0805IC33250TL431C80/K7PC817.411CY1R222L23uH/2ACN01

8、R1000uF/25VNCCN1SIP4432EC6C61GND12V12VGNDTitle:SCHEMATIC1FD9020DB_DEMOSize:DocumentNumber:Rev:BA0Date:Thursday,February26,2015Sheet:1of1CY222222MY电容D1D21R31MC2R12R6R7121N4007*412EC11NF/1KV62K/1WNCNC22uF/450VT1EF25_1205D10L510uH2D3D4110121111R4FR154EC10EC9R19R22C81M220uF/35V100uF/35V10K/1206NCNCD522R

9、1R2212R13FR107L21M/12061MK/1206D7SR360100NF/0805CON41000uF/10VNCD6216121111CN7NTCIN400710UH/2A10R/1206110D_91212C5D11EC6C6222FR154234EC24.7uF/50VD8SR360EC725C41000uF/16VL3EC5510R/08056U1R151000uF/16V70.1uF/275VX电容5510R/12061110UH/2A1GND8VDDR16EC11R21C72722NCNC431K/0805EC8LF1FBGND48UU_9.825mH3DRAIN64

10、70uF/10VNC12FD9020R8R1445CSDRAIN2K/08053K/080512R5C11R/1WEC3NC0.1uF/275VX电容RV1U2C9104R9411K/080510D471KU3C10C3ZD132SW47NFNCNCTL431CR11R10NCGND24VGND5V5VGND4VT2AL250VACPC8173K/0805NCCY1LNACNC三反激式开关电源各主要器件的参数选择输入电路设计保险丝最好用延缓型的保险丝，均匀电流的5倍热敏电阻10欧/耐压问题，10mm，14mm，20mm共模滤波器5倍的均匀电流，2540MH安规电容沟通250V-275V的X2电

11、容;Y2安规电容沟通250V-275V压敏电阻10mm,14mm470V-680V耐压的2.沟通整流管的参数选择整流管采用600V800V的管子；额定电流为最大电流3-5倍，习惯选5倍输入滤波电容选择1W/1.5-2U,耐压为最高电压+（3050V）比如265V1.4=370V采用400V耐压的电解电容285V1.4=399V采用450V耐压的电解电容4.开关管的选择a.耐压余量耐压取理论值加80V，原则上不宜太大，也不宜太小，余量太大，导通电阻大，导通消耗大，电流余量电流值应取最大电流的3-4倍，注意是100时箝位电路参数的选择箝位电容的选择箝位电路电阻的选择箝位电路的阻断二极管的选择输出整

12、流二极管的选择电压余量耐压的理论计算值=最大沟通电压1.414N1/N2+Vo+尖峰+30V电流余量流过整流管的电流为输出电流均匀值的4倍，所以选择整流管的额定电流应为输出均匀电流的35倍输出滤波电容的选择ESR小的高频电解1A/1000U反激式电路耐压30,10V,16V,25V,35V60V,100Vd.输出滤波电感3UH四反激式开关电源pcb排板原则一般原则：（反射噪声，串扰，开关噪声，地弹，轨道塌陷，以及辐射）a.Pcb走线长度减少一半，则其电感也减少一半，但走线宽度要增添10倍才减少一半b.电流路径小电流信号尽可能与大电流信号的地回路分开；高压信号尽可能与低压信号远些；多路输出的地回

13、路有条件尽可能分开减小电感的方法实质状况初级回路次级回路首次级回路的安全距离典型排板事例(初版本)（第二版本：初级地分开汇总到高压电容，次级地一路汇总到变压器)(第三版本：次级地12V5V分开汇总到变压器)五变压器的设计适用的工程设计计算FD90205V/2A12V/0.5A变压器：输入电压：90V265Vac输出功率：16W效率=80%占空比D=0.45频次F=65K因为工作在宽电压范围，设计按连续模式计算1、峰值电流计算（最大峰值电流设在沟通电压最低的状况计算）Po=Pin*=Udc*Idc*D*Idc=（Ip1+Ip2）/2Ip1+Ip2=2*Po/(Udc*d*)=2*16/(90*1

14、.414-20)*0.45*0.8)=2*16/(107*0.45*0.8)=0.8307AIp2=4Ip1Ip1=0.166A;Ip2=0.664AIp=Ip2-Ip1=0.498A2、初级电感量计算L*Ip=Udc*TonTon=D*T=D/FL=(Udc*D)/(Ip*F)=107*0.45/(0.498*65)=1.487mH3、匝比及各绕组匝数计算取反射电压Ur=80VD/(1D)V(100V)N=Ur/(Uout+0.5)=80/5.5=14.5查表知EE22Ae为36.7mm2取B为0.25Np=(Udc*D)/(B*Ae*F)=(107*0.45*1000)/(0.25*36.

15、7*65)=80.74匝Ns=Np/N=80.74/14.5=5.568取整数6匝反推原边Np=Ns*N=6*14.5=87取87匝次级12V路：N12V=Ns/Uout*U12v=6/5*12=14.4取14匝协助绕组：Na=Ns/Uout*Ua=6/5*17=20.4取20匝各绕组匝数匝比：原：辅：5V：12V=87：20：6：144、各绕组线径计算初级电流Irms=Ip*D3=0.8307*0.453=0.1857A取5A/mm初级：R2=0.18575D=2*R=0.2175mm，取D=0.23mm5V输出：3*R2=25D=2*R=0.412mm，取D=0.45mm12V输出：R2=

16、0.55D=2*R=0.3568mm，取D=0.35mm协助路输出：电流较小，为配线方便取D=0.23mm综上：初级Np=87匝线径0.23mm*15V路Ns=6匝线径0.45mm*312V路N12V=14匝线径0.35mm*1协助Na=20匝线径0.23mm*1Lp=1.487mH5、CS电阻计算R=0.8V/Ip2=0.8/0.664=1.2R保存一点裕量取1R电阻传统的Ap变压器的工艺问题（三明治，分层，绕向，磁路，磁材形状）减少漏感的工艺安全工艺改良辐射工艺降低成本工艺六反激式开关电源的稳固性问题七重点器件的特征功率VDMOS场效应晶体管拥有双极型功率晶体管不具备的很多独到长处：1、开

17、关速度特别快功率VDMOS场效应晶体管是多半载流子器件，拥有特别快的开关速度，不存在双极型功率晶体管的少量载流子存贮效应，没有存贮时间。开关时间可达几ns至数十ns。一般低压器件开关时间为10ns数目级，高压器件位100ns数目级。特别合适于制作高频开关，能够大大减小电抗元件的消耗、尺寸和重量。功率VDMOS器件的开关速度主要决定于器件的内部电容的充、放电，并与工作温度没关。2、高输入阻低和低驱动电流功率VDMOS器件的栅极以二氧化硅作为电介质绝缘层，其直流电阻在40M以上，因此它的输入阻抗极高，是一种理想的电压控制器件，其驱动线路简单，能够直接被C-MOS、TTL、IC驱动。直流驱动电流很小，在100nA数目级，大大降低了系统的功率消耗。3、安全工作区大功率VDMOS器件与双极型功率晶体管的显然差别之一是没有二次击穿。安全工作区由器件的峰值电流、击穿电压的额定值和功率容量来决定，无需增添保护线路和装置就能够保证器件安全靠谱地工作。4、漏极电流为负的温度系数有优秀的热稳固性功率VDMOS器件的最小导通电压由导通电阻rDS(on)决定。关于低压器件，V