单端反激式开关电源设计步骤

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天才源于勤奋 311 STUDIO 成功源于执着

单端反激式开关电源设计步骤

作者：孙浩

版本号：v10 2010-9-19

交流输入最小电压：Uacmin（V） 交流输入最大电压：Uacmax（V） 交流输入电压频率：fL（HZ） 电源效率：η （0~100%） 输出电压i：VOUTi（V） 输出电流i：IOUTi（A） 偏置电压：VB（V）

备注：

下标为B下标为p的代表变压器原边变量，下标为si的代表变压器副边第i个绕组的相关量，的代表变压器偏置绕组的相关量。

设计步骤：

1) 电源输出功率PO（W）

PO=∑((VOUTi+VDi)×IOi)

iN

其中VDi为第i路输出整流二极管的正向导通压降，通常选用肖特基二极管或超快恢复二极管，

选用前者，VDi一般取0.6V；选用后者，VDi一般取0.8V。 2) 输入端电容Cin（μF）

Cin≥(2~3)×PO

3) 输入最小直流电压Udcmin

（V）

Udcmin式中tC（ms）为整流桥导通时间，一般取3.2ms。 4) 输入最大直流电压Udcmax

（V）

UdcmaxUacmax

5) 确定最大占空比Dmax

对于常用的电流型PWM控制芯片，为了保证环路的稳定，Dmax通常不超过0.5。 6) 确定反激电压UOR（V）

Dmax=UORUOR+(Udcmin Uds))

故UOR=(Udcmin Uds)×Dmax(1 Dmax)，其中Uds为开关管饱和导通压降，通常设为10V。 7) 确定开关管漏源最低耐压Umos-min（V）

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根据经验公式，有

Umos-min=Udcmax+1.4×1.5×UOR+20

8) 设定变换器工作模式（CCM/DCM），确定电流纹波峰值比KRP CCM（电流连续模式）：KRP < 1 DCM（电流断续模式）：KRP = 1 9) 确定开关频率f（KHZ）

根据选用的芯片所能支持的开关频率以及开关管所能承受的开关能力，选择合适的开关频率。 10) 选取合适的磁芯

选择磁芯的常用方法有面积乘积法、几何法、经验选取等方法。以面积乘积法为例,计算面积乘积Ap（cm2），以选取合适的磁芯。 CCM模式：

Ap≥1.5×

1 Dmin1.5倍余量） 1 DmaxmuRP

其中Dmin为最小占空比。

Dmin=UOR(UOR+(Udcmax Uds))

DCM模式：

Ap≥1.5（保留1.5倍余量）

mu根据所选的磁芯，查得其Ae（mm2）（磁芯中心截面积）等参数。 11) 确定原边电流平均值Iavgp（A）

Iavgp=PO(Udcmax×Dmax×η)

12) 确定原边峰值电流Ipkp（A）

Ipkp=2×Iavgp((2 KRP)×Dmax)

13) 确定开关管能承受最小电流Imos-min（A） Imos-min=1.5×Ipkp 14) 确定原边有效值电流Irmsp（A）

Irmsp=Ipkp15) 确定初级电感量Lp（mH）

Lp=Udcmin×Dmax(f×Ipkp×KRP)

16) 确定最大磁通密度Bm（T）（特斯拉）

为了防止磁芯饱和，Bm取值范围通常为0.2T~0.3T。 17) 原边匝数Np（Turn）（匝）

Np=1000×Lp×Ipkp(Ae×Bm)

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18) 副边匝数si（Turn）（匝）

Nsi=Np×(VOUTi+VDi)OR

19) 偏置绕组匝数NB（Turn）（匝）

NB=Np×(VB+VBD)OR

VBD为偏置绕组输出整流二极管正向导通压降，因为此绕组负载通常较轻，故选用普通高频二极管，VBD取0.7V。 20) 气隙长度Lg（mm）

开气隙前的电感系数AL可通过磁芯手册获得。

开气隙后的电感系数为ALg=1000×LpNp（nH/Turn2）

2

Lg=0.4×π×Αe×（ALg-AL）（mm）

为了保证变压器的可生产性，气隙长度一般不小于0.25~0.5mm。 21) 确定原边导线线径Dp（mm）

考虑导线的趋肤效应,导线的线径建议不超过穿透深度的2倍.对于铜导线，当环境温度为20

℃时，穿透深度d=mm），因此有Dsi≤2×d（mm）。当导线电流较大

时，可采用多股并绕方式。若原边采用np

股并绕，则有Dp=1.13（mm）。式中J（A/mm2）为电流密度，一般取值为4A/mm2~10A/mm2，通常在初始设计时可选5A/mm2，根据实际散热条件再进行调整，偏置绕组因通常负载较轻，流过电流较小，故不进行特别计算，采用与原边规格相同的导线即可。 22) 确定副边电流峰值Ipsi（A）

(VOUTi+VDi)×IOUTiNp

×

PONsi

23) 确定副边电流有效值Irmssi（A）

Ipksi=Ipkp×

Irmssi=Ipksi24) 确定副边导线线径Dsi（mm）

Dsi=1.13nsi为多股并绕的股数，其他可参考原边导线线径的选取方法。 25) 确定输出滤波电容上的纹波电流Irsi（A）

Irsi

26) 输出整流管最高反向峰值电压UBRsi（V）

UBRsi=VOUTi+Udcmax×NsiNp

实际选取值应为计算值的1.25倍以上。

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27) 偏置绕组整流管最高反向峰值电压BRB（V）

UBRB=VB+Udcmax×NBNp

实际选取值应为计算值的1.25倍以上。 28) 开关管漏极箝位保护电路

漏极箝位保护电路主要有以下4种设计方案：

（1） 利用瞬态电压抑制器TVS（P6KE200）和阻塞二极管（超快恢复二极管UF4005）

构成的箝位电路。

（2） 利用阻容吸收元件和阻塞二极管构成RCD箝位电路。 （3） 由阻容吸收元件、TVS和阻塞二极管构成的箝位电路。 （4） 由稳压管、阻容吸收元件和阻塞二极管构成的箝位电路。 29) 输入整流桥反向击穿电压UBR（V） UBR≥1.25×Uacmax

30) 输入整流桥额定电流IBR（A）

IBR≥2×PO(Udcmax×Dmax×η×cos )

其中cos 为开关电源的功率因数，一般设为0.5~0.7。

附录1

Δ初级电流参数的图形描

附录2

单端反激式开关电源设计的Matlab实现

设计实例：

输入电压范围：85~265V 输入电压频率：50HZ 输出电压1：5V/0.8A

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输出电压2：15V/0.5A 输出功率：12W 效率：80%

选用芯片：VIPER22A 开关频率：66KHZ %设计开始

%输入交流最小值(V) Uacmin = 85;

fprintf('输入交流最小值：%dV\n',Uacmin) %输入交流最大值(V) Uacmax = 265;

fprintf('输入交流最大值：%dV\n',Uacmax) %线电压频率(HZ) Fline = 50;

fprintf('输入线电压频率：%dHZ\n',Fline) %输出电压(V) Uo = [5 15];

%输出整流管正向导通压降(V) Uf = [0.6]; %输出电流(A)

Io = [0.8 0.5]; for i = 1:length(Uo);

fprintf('输出电压%d为%2.1fV，输出电流为%3.2fA\n',i,Uo(i),Io(i)) end

%输出功率(w)

Po = (Uo+Uf)*Io';

fprintf('输出功率：%3.1fW\n',Po) %效率

eta = 0.8;

fprintf('效率：%d%%\n',round(eta*100)) %整流桥 …… 此处隐藏：5946字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……