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1、反激式开关电源的设计方法1/141 设计步骤:1.1 产品规格书制作1.2 设计线路图、零件选用.1.3 PCB Layout.1.4 变压器、电感等计算.1.5 设计验证.2 设计流程介绍:2.1 产品规格书制作依据客户的要求，制作产品规格书。做为设计开发、品质检验、生产测试等的依据。2.2 设计线路图、零件选用。2.3 PCB Layout.外形尺寸、接口定义，散热方式等。2.4 变压器、电感等计算.变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，2.4.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 GausxNpAeLIB10(ma) B(max) = 铁心饱合的
2、磁通密度(Gauss) Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧( 主线圈) 圈数 Ae = 铁心截面积(cm 2) B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以 TDK Ferrite Core PC40 为例，100时的 B(max)为 3900 Gauss，设计时应考虑零件误差，所以一般取 30003500 Gauss 之间，若所设计的 power 为 Adapter(有外壳) 则应取 3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的 Power。2.4.2 决定一次侧滤波电容:滤波电
3、容的决定，可以决定电容器上的 Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的 Power，但相对价格亦较高。2.4.3 决定变压器线径及线数:变压器的选择实际中一般根据经验，依据电源的体积、工作频反激式开关电源的设计方法2/14率，散热条件，工作环境温度等选择。当变压器决定后，变压器的 Bobbin 即可决定，依据 Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm2 为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。2.4.4 决定占空比:由以下公式可决定占空比 ，反激电源的占空比一般小于 0.5
4、（最低输入电压下） ，占空比若超过 0.5 易导致振荡的发生。占空比确定后根据下面公式确定匝比。 xDVinoNps(m)1 NS = 二次侧圈数 NP = 一次侧圈数 Vo = 输出电压 VD= 二极管顺向电压 Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压 D =占空比2.4.5 决定 Ip 值:如果在连续模式，先定义好交流分量和直流的比值，根据输入平均电流计算出 Ip，由 Ip 确定出电感量。(min)*PoutIavV2*ax1IvDpK Ip = 一次侧峰值电流 Iav = 一次侧平均电流 Pout = 输出瓦数 效率 K=直流分量和 Ip 的比值2.4.6 确定 Lp，知道 Ip，根据
5、 K 值，计算出交流分量 I。确定开关频率 f，计算出Ton。计算出 Lp*VinToLpI Lp = 一次侧感量 Ton = 导通时间 I = 交流分量2.4.7 确定匝数 Np，Ns反激式开关电源的设计方法3/14根据下面的公式可以推导出：GausxNpAeLIB10(ma)，在根据 ，计算出次级匝数 Ns*xDVinoNp(m)12.4.8 决定辅助电源的圈数:根据 Ns 和 Vo 和辅助电源的电压 Vcc 计算出辅助电源的匝数：*VcsNvo2.4.9 以 CRS10-05 变压器计算: 输入 66160Vdc，输出瓦数 10.6W(5.3V/2A) K=0.3，Dmax=0.42 设
6、定 =0.8，f= 200KHz ，T=5us， 变压器尺寸: 因电源尺寸限制，选用的磁芯的 FEY12.8，Ae 值：11.4mm2。 计算 Ip 10.6.2(min)*8PoutIavAV确定直流分量和 Ip 的比值：K，依据经验定为 0.3。20.1ax42.7361IvDp 计算 Lp由 Ip 和 K 值，计算出 I=Ip*（1-K）=0.736*（1-0.3）=0.515A*65*0.42691VinToLpuHI 计算初级匝数： .735.max*04INBAe取整：58 匝。根据 计算出 Ns：6.79，取xDVinoNps(m)1整 7 匝，为保证占空比变化不大，可以适当更改
7、初级匝数，一般初级匝数要比计算值多一些，避免 Bmax 超标。反激式开关电源的设计方法4/14 决定辅助电源的圈数:假设辅助电源 Vcc=12V*1275.30VcNsvo2.5 零件选用:（原理图参考网上的资料，内容稍全面一些）2.5.1 FS1（保险）:由变压器计算得到 Iin 值，以此 Iin 值(0.42A)可知使用 2A/250V 的保险，设计时亦须考虑 Pin(max)时的 Iin 是否会超过保险丝的额定值。2.5.2 TR1(热敏电阻):电源启动的瞬间，由于 C1(一次侧滤波电容)短路，导致 Iin 电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对 Power 产生伤害，所以必须在滤波电容之
8、前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间 Iin 在 Spec 之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用 SCK053(3A/5)，若 C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的 Power 上) 。2.5.3 VDR1(压敏电阻 ):当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响 Power 的正常动作，所以必须在靠 AC 输入端 (Fuse 之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用 07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。2.5.4 CY1，CY2(Y-Cap):Y-Cap 一
9、般可分为 Y1 及 Y2 电容，若 AC Input 有 FG(3 Pin)一般使用 Y2- Cap ， AC Input 若为 2Pin(只有 L，N)一般使用 Y1-Cap， Y1 与 Y2 的差异，除了价格外(Y1 较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1 称为双重绝缘，绝缘耐压约为 Y2 的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明 Y1)，此电路因为有 FG 所以使用Y2-Cap，Y-Cap 会影响 EMI 特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin 公司标准为 750uA max)。2.5.5 CX1(X-Cap)
10、、RX1:X-Cap 为防制 EMI 零件，EMI 可分为传导及辐射两部分，一般为 (EN55022) Class A、 Class B 两种 ，传导测试频率在150K30MHz，证，辐射测试频率在 30MH1GHz。2.5.6 LF1(共模电感):反激式开关电源的设计方法5/14EMI 防制零件，主要影响传导的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的共模电感而言，线圈数愈多( 相对的线径愈细)，EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。2.5.7 BD1(整流二极管):将 AC 电源以全波整流的方式转换为 DC，由变压器所计算出的 Iin值，可知只要使用 1A/600V 的
11、整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要 600V 即可。2.5.8 C1(滤波电容):由 C1 的大小(电容值)可决定变压器计算中的 Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min) 愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确，若 AC Input 范围在 90V132V (Vc1 电压最高约 190V)，可使用耐压 200V 的电容;若 AC Input 范围在90V264V(或 180V264V)，因 Vc1 电压最高约 380V，所以必须使用耐压 400V 的电容。2.5.9 D2(辅助电源二极管):2.5.10R10(辅助电源电阻):主要用于调整 PWM IC
12、的 VCC 电压，以目前使用的 3843 而言，设计时 VCC 必须大于 8.4V(Min. Load 时)，但为考虑输出短路的情况，VCC 电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。2.5.11 C7(滤波电容):辅助电源的滤波电容，提供 PWM IC 较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V 电容。2.5.12 Z1(Zener 二极管 ):当回授失效时的保护电路，回授失效时输出电压冲高，辅助电源电压相对提高，此时若没有保护电路，可能会造成零件损坏，若在3843 VCC 与 3843 Pin3 脚之间加一个 Zener Diode，当回授失效时Zener Diode
13、 会崩溃，使得 Pin3 脚提前到达 1V，以此可限制输出电压，达到保护零件的目的.Z1 值的大小取决于辅助电源的高低，Z1的决定亦须考虑是否超过 Q1 的 VGS 耐压值，原则上使用公司的现有料(一般使用 1/2W 即可 ).2.5.13 R2(启动电阻):提供 3843 第一次启动的路径，第一次启动时透过 R2 对 C7 充电，以提供 3843 VCC 所需的电压，R2 阻值较大时，turn on 的时间较长，但短路时 Pin 瓦数较小，R2 阻值较小时，turn on 的时间较短，短路时 Pin 瓦数较大，一般使用 220K/2W M.O。.2.5.14 R4 (Line Compens
14、ation):反激式开关电源的设计方法6/14高、低压补偿用，使 3843 Pin3 脚在 90V/47Hz 及 264V/63Hz 接近一致(一般使用 750K1.5M 1/4W 之间)。2.5.15 R3，C6 ，D1 (Snubber):此三个零件组成 Snubber，调整 Snubber 的目的:1. 当 Q1 off 瞬间会有 Spike 产生，调整 Snubber 可以确保 Spike 不会超过 Q1 的耐压值，2.调整 Snubber 可改善 EMI.一般而言，D1 使用 1N4007(1A/1000V)EMI 特性会较好.R3 使用 2W M.O.电阻，C6 的耐压值以两端实际
15、压差为准(一般使用耐压 500V 的陶质电容)。2.5.16 Q1(N-MOS):目前常使用的为 3A/600V 及 6A/600V 两种，6A/600V 的 RDS(ON)较3A/600V 小，所以温升会较低，若 IDS 电流未超过 3A，应该先以3A/600V 为考虑，并以温升记录来验证，因为 6A/600V 的价格高于3A/600V 许多，Q1 的使用亦需考虑 VDS 是否超过额定值。2.5.17 R8:R8 的作用在保护 Q1，避免 Q1 呈现浮接状态。2.5.18 R7(Rs 电阻):3843 Pin3 脚电压最高为 1V，R7 的大小须与 R4 配合，以达到高低压平衡的目的，一般使
16、用 2W M.O.电阻，设计时先决定 R7 后再加上 R4 补偿，一般将 3843 Pin3 脚电压设计在 0.85V0.95V 之间(视瓦数而定，若瓦数较小则不能太接近 1V，以免因零件误差而顶到1V)。2.5.19 R5，C3(RC filter):滤除 3843 Pin3 脚的噪声，R5 一般使用 1K 1/8W，C3 一般使用102P/50V 的陶质电容，C3 若使用电容值较小者，重载可能不开机(因为 3843 Pin3 瞬间顶到 1V);若使用电容值较大者，也许会有轻载不开机及短路 Pin 过大的问题。2.5.20 R9(Q1 Gate 电阻 ):R9 电阻的大小，会影响到 EMI 及温升特性，一般而言阻值大，Q1 turn on / turn off 的速度较慢，EMI 特性较好，但 Q1 的温升较高、效率较低(主要是因为 turn off 速度较慢);若阻值较
