开关电源设计步骤

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1、开关电源设计步骤 步骤 1 确定开关电源的基本参数 交流输入电压最小值 umin 交流输入电压最大值 umax 电网频率 Fl 开关频率 f 输出电压 VO（V）：已知 输出功率 PO（W）：已知 电源效率 ：一般取 80 损耗分配系数 Z：Z 表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0 表示全部损耗发生在初级，Z=1 表示发生在次级。一般取 Z=0.5 步骤 2 根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压 VFB 步骤 3 根据 u，PO 值确定输入滤波电容 CIN、直流输入电压最小值 VImin 令整流桥的响应时间 tc=3ms 根据 u，查处 CIN 值 得到 Vimin 确定 CIN,VIm

2、in 值 u(V) PO(W) 比例系数(F/W) CIN(F) VImin(V) 固定输入:100/115 已知 23 (23)PO 90 通用输入:85265 已知 23 (23)PO 90 固定输入:23035 已知 1 PO 240 步骤 4 根据 u，确定 VOR、VB 根据 u 由表查出 VOR、VB 值 由 VB 值来选择 TVS u(V) 初级感应电压 VOR(V) 钳位二极管 反向击穿电压 VB(V) 固定输入:100/115 60 90 通用输入:85265 135 200 固定输入:23035 135 200 步骤 5 根据 Vimin 和 VOR 来确定最大占空比 Dm

3、ax 设定 MOSFET 的导通电压 VDS(ON) 应在 u=umin 时确定 Dmax 值，Dmax 随 u 升高而减小 步骤 6 确定初级纹波电流 IR 与初级峰值电流 IP 的比值 KRP，KRP=IR/IP u(V) KRP 最小值(连续模式) 最大值(不连续模式) 固定输入:100/115 0.4 1 通用输入:85265 0.4 1 固定输入:23035 0.6 1 步骤 7 确定初级波形的参数 输入电流的平均值 IAVG 初级峰值电流 IP 初级脉动电流 IR 初级有效值电流 IRMS 步骤 8 根据电子数据表和所需 IP 值 选择 TOPSwitch 芯片 考虑电流热效应会使

4、 25下定义的极限电流降低 10，所选芯片的极限电流最小值 ILIMIT(min)应满足：0.9 ILIMIT(min)IP 步骤 9 和 10 计算芯片结温 Tj 按下式结算： TjI2RMSRDS(ON)+1/2CXT(VImax+VOR) 2 f R25 式中 CXT 是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组分布电容 如果 Tj100，应选功率较大的芯片 步骤 11 验算 IP IP=0.9ILIMIT(min) 输入新的 KRP 且从最小值开始迭代，直到 KRP=1 检查 IP 值是否符合要求 迭代 KRP=1 或 IP=0.9ILIMIT(min) 步骤 12 计算高频变压器初

5、级电感量 LP，LP 单位为 H 步骤 13 选择变压器所使用的磁芯和骨架，查出以下参数： 磁芯有效横截面积 Sj（cm2） ，即有效磁通面积。 磁芯的有效磁路长度 l（cm） 磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感 AL(H/匝 2) 骨架宽带 b（mm） 步骤 14 为初级层数 d 和次级绕组匝数 Ns 赋值 开始时取 d2（在整个迭代中使 1d2） 取 Ns=1(100V/115V 交流输入)，或 Ns=0.6(220V 或宽范围交流输入) Ns=0.6(VO+VF1) 在使用公式计算时可能需要迭代 步骤 15 计算初级绕组匝数 Np 和反馈绕组匝数 NF 设定输出整流管正向压降 VF1

6、设定反馈电路整流管正向压降 VF2 计算 NP 计算 NF 步骤 16步骤 22 设定最大磁通密度 BM、初级绕组电流密度 J、磁芯的气隙宽度 ，进行迭代。 设置安全边距 M，在 230V 交流输入或宽范围输入时 M=3mm，在 110V/115V 交流输入时 M=1.5mm。使用三重绝缘线时 M=0 最大磁通密度 BM=0.20.3T 若 BM0.3T，需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数 NP，使 BM 在 0.20.3T 范围之内。如BM0.2T，就应选择尺寸较小的磁芯或减小 NP 值。 磁芯气隙宽度 0.051mm 40SJ(NP2/1000LP1/1000AL) 要求 0.051mm，

7、若小于此值，需增大磁芯尺寸或增加 NP 值。 初级绕组的电流密度 J=(410)A/mm2 若 J10A/mm2，应选较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架，使 J10A/mm2。若 J4A/mm2，宜选较细的导线和较小的磁芯骨架，使 J4A/mm2；也可适当增加 NP 的匝数。 确定初级绕组最小直径（裸线）DPm(mm) 确定初级绕组最大外径（带绝缘层）DPM(mm) 根据初级层数 d、骨架宽带 b 和安全边距 M 计算有效骨架宽带 be（mm） be=d(b2M) 然后计算初级导线外径（带绝缘层）DPM：DPMbe/NP 步骤 23 确定次级参数 ISP、ISRMS、IRI、DSM、DSm

8、次级峰值电流 ISP(A) ISP=IP(NP/NS) 次级有效值电流 ISRMS(A) 输出滤波电容上的纹波电流 IRI(A) 次级导线最小直径（裸线）DSm(mm) 次级导线最大外径（带绝缘层）DSM(mm) 步骤 24 确定 V(BR)S、V(BR)FB 次级整流管最大反向峰值电压 V(BR)S V(BR)SVO+VImaxNS/NP 反馈级整流管最大反向峰值电压 V(BR)FB V(BR)FBVFB+ VImaxNF/NP 步骤 25 选择钳位二极管和阻塞二极管 步骤 26 选择输出整流管 步骤 27 利用步骤 23 得到的 IRI,选择输出滤波电容 COUT 滤波电容 COUT 在

9、105、100KHZ 时的纹波电流应IRI 要选择等效串连电阻 r0 很低的电解电容 为减少大电流输出时的纹波电流 IRI，可将几只滤波电容并联使用，以降低电容的 r0 值和等效电感 L0 COUT 的容量与最大输出电流 IOM 有关 步骤 2829 当输出端的纹波电压超过规定值时，应再增加一级 LC 滤波器 滤波电感 L=2.24.7H。当 IOM1A 时可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠；大电流时应选用磁环绕制成的扼流圈。 为减小 L 上的压降，宜选较大的滤波电感或增大线径。通常 L=3.3H 滤波电容 C 取 120F /35V，要求 r0 很小 步骤 30 选择反馈电路中的整流管 步骤

10、31 选择反馈滤波电容 反馈滤波电容应取 0.1F /50V 陶瓷电容器 步骤 32 选择控制端电容及串连电阻 控制端电容一般取 47F /10V，采用普通电解电容即可。与之相串连的电阻可选 6.2、1/4W，在不连续模式下可省掉此电阻。 步骤 33 选定反馈电路 步骤 34 选择输入整流桥 整流桥的反向击穿电压 VBR1.252 umax 设输入有效值电流为 IRMS，整流桥额定有效值电流为 IBR,使 IBR2IRMS。计算 IRMS 公式如下： cos 为开关电源功率因数，一般为 0.50.7，可取 cos0.5 步骤 35 设计完毕 在所有的相关参数中，只有 3 个参数需要在设计过程中进行检查并核对是否在允许的范围之内。它们是最大磁通密度 BM（要求 BM=0.2T0.3T） 、磁芯的气隙宽度 （要求 0.051mm） 、初级电流密度 J（规定J=410A/mm2） 。这 3 个参数在设计的每一步都要检查，确保其在允许的范围之内。