反激式開關(guān)電源原理工程設(shè)計(jì)講解

1、反激式開關(guān)電源原理與工程設(shè)計(jì)一反激式開關(guān)電源的原理剖析二反激式開關(guān)電源實(shí)質(zhì)電路的主要零件及其作用三反激式開關(guān)電源電路各主要器件的參數(shù)選擇四反激式開關(guān)電源pcb排板原則五變壓器的設(shè)計(jì)六反激式開關(guān)電源的穩(wěn)固性問題反激式開關(guān)電源原理與工程設(shè)計(jì)一反激式開關(guān)電源的原理剖析反激式開關(guān)電源電路拓?fù)銾iVT1為何是反激式變壓器的同名端相反利用了二極管的單導(dǎo)游電特征電感電流的變化為何不是突變電壓加在有電感的閉合回路上，流過電感上電流不是突變的，而是線性增添。愣次定律：當(dāng)電感線圈流過變化的電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，其大小于與線圈中電流的變化率成正比；感生電動(dòng)勢(shì)老是阻擋原電流的變化變壓器的主要作用與能量的傳達(dá)理想變壓

2、器與反激式變壓器的差別反激式變壓器的作用電感（儲(chǔ)能）作用恪守的是安匝比守恒（而不是電壓比守恒）儲(chǔ)藏的能量為1/2LIp2限流的作用變壓作用首次級(jí)固然不是同時(shí)導(dǎo)通，它們之間也存在電壓變換關(guān)系，也是初級(jí)按匝比變換到次級(jí)，次級(jí)按變比折射回初級(jí)。變壓器的氣隙作用擴(kuò)展磁滯回線，能使變壓器更不易飽和磁飽和的原理圖電感值跟導(dǎo)磁率成正比,導(dǎo)磁率=B/H是磁通密度是磁場(chǎng)強(qiáng)度簡單調(diào)點(diǎn),H跟外加電流成正比就是了，增添電流,磁流密度會(huì)跟著增添,當(dāng)加電流至某一程度時(shí),我們會(huì)發(fā)現(xiàn),磁通密度會(huì)增添得很慢,并且會(huì)趨近一漸近線.當(dāng)趨近這一漸近線時(shí),這時(shí)的磁通密度,我們就稱為飽和磁通密度,電感值跟導(dǎo)磁率成正比,導(dǎo)磁率=B/H是磁

3、通密度,H是磁場(chǎng)強(qiáng)度(電流增添,H會(huì)增添.)H會(huì)增添,但B不會(huì)增添,導(dǎo)磁率變化量會(huì)趨近零啦!電感值跟導(dǎo)磁率變化量成正比,導(dǎo)磁率變化量趨近零,那電感值會(huì)是多少?零開關(guān)管漏極電壓的構(gòu)成高壓為基礎(chǔ)部分折射回來的電壓部分漏感產(chǎn)生的尖峰部分波形6.反激式拓?fù)溟_關(guān)電源有兩種工作模式：完整能量變換，也叫做非連續(xù)導(dǎo)通模式。該模式的特色是，變壓器在儲(chǔ)能周期中儲(chǔ)藏的全部能量在反激周期都轉(zhuǎn)移到輸出端。不完整能量變換，也叫做連續(xù)導(dǎo)通模式。儲(chǔ)存在變壓器中的一部份能量保存到下一個(gè)儲(chǔ)藏周期開始。工作模式是由初級(jí)電流和負(fù)載電流決定的2、聯(lián)合圖1以非連續(xù)導(dǎo)通模式為例剖析反激式開關(guān)電源的工作原理。該模式反激式拓?fù)溟_關(guān)電源的一個(gè)工

4、作周期中有勵(lì)磁、去磁、非連續(xù)導(dǎo)通三個(gè)階段。勵(lì)磁階段：當(dāng)開關(guān)VT1導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級(jí)勵(lì)磁電感中的電流從零開始上漲。因?yàn)榇渭?jí)邊的二極管擁有單導(dǎo)游通性，此時(shí)二極管反偏，在次級(jí)不導(dǎo)通電流，輸出濾波電容C向負(fù)載供電。因?yàn)榇穗A段的作用是向初級(jí)勵(lì)磁電感增補(bǔ)能量，認(rèn)為在下一個(gè)階段向次級(jí)繞組轉(zhuǎn)移能量做準(zhǔn)備，所以這個(gè)階段被稱為勵(lì)磁階段。去磁階段：當(dāng)勵(lì)磁階段結(jié)束后，VT1停止導(dǎo)通。因?yàn)殡姼须娏鞑豢梢酝蛔?，?lì)磁電感電流開始在初級(jí)電感上續(xù)流，能量經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)移到輸出端，在次級(jí)邊上，二極管正導(dǎo)游通，輸出端獲得能量。此時(shí)，勵(lì)磁電感上的電壓反向，勵(lì)磁電流開始降落，所以該階段被稱為去磁階段。非連續(xù)導(dǎo)通階段：當(dāng)勵(lì)磁電感的電流降落

5、到零時(shí)，變壓器初級(jí)邊的能量己經(jīng)完整轉(zhuǎn)移到次級(jí)邊，次級(jí)邊上二極管不再導(dǎo)通。此時(shí)反激式拓?fù)渲械某跫?jí)和次級(jí)繞組都不導(dǎo)通電流，等候著下一個(gè)周期的到來。在連續(xù)導(dǎo)通模式下，不存在這個(gè)階段。7電流控制模式電流控制模式特色：有兩個(gè)反應(yīng)環(huán)1.一個(gè)由電流檢測(cè)電阻輸入電壓和脈寬調(diào)制器構(gòu)成響應(yīng)速度快的內(nèi)環(huán)構(gòu)成一個(gè)由分壓電阻、偏差放大器構(gòu)成的響應(yīng)速度慢的外環(huán)二反激式開關(guān)電源實(shí)質(zhì)電路的主要零件及其作用實(shí)質(zhì)電路（1）D1-D4D8Y12.2nFD7L4L34uHC6C72.2uHMUR120+4AIN5819R1C4STPS30LC85VR3VTSX18.6M4.7nF3300uF3300uF1000uF2MP6KE200

6、CAP+C547uFR7L1D5D691R2R410mHFR106T17.5M2MR10BAV20+C1EEL2510K47uFU2PC817DVSR5R8DV2KU1TOP256MNCR9F1SXR622KC106.81AC2100nFR3100C9U34.7uF15.4KC3TL431R11+220V47uF10K我司電路a.FD9022b.FD9020V004/FD1D2u7411N4007*4CED3D4R1R2C1M/12061MK/1206TNC11C121TR332C23320.1uF/275VX電容H43m04112FLC10.1uF/275VX電容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電容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電容5510R/12061110UH/2A1GND8VDDR16EC11R21C72722NCNC431K/0805EC8LF1FBGND48UU_9.825mH3DRAIN64

10、70uF/10VNC12FD9020R8R1445CSDRAIN2K/08053K/080512R5C11R/1WEC3NC0.1uF/275VX電容RV1U2C9104R9411K/080510D471KU3C10C3ZD132SW47NFNCNCTL431CR11R10NCGND24VGND5V5VGND4VT2AL250VACPC8173K/0805NCCY1LNACNC三反激式開關(guān)電源各主要器件的參數(shù)選擇輸入電路設(shè)計(jì)保險(xiǎn)絲最好用延緩型的保險(xiǎn)絲，均勻電流的5倍熱敏電阻10歐/耐壓問題，10mm，14mm，20mm共模濾波器5倍的均勻電流，2540MH安規(guī)電容溝通250V-275V的X2電

11、容;Y2安規(guī)電容溝通250V-275V壓敏電阻10mm,14mm470V-680V耐壓的2.溝通整流管的參數(shù)選擇整流管采用600V800V的管子；額定電流為最大電流3-5倍，習(xí)慣選5倍輸入濾波電容選擇1W/1.5-2U,耐壓為最高電壓+（3050V）比如265V1.4=370V采用400V耐壓的電解電容285V1.4=399V采用450V耐壓的電解電容4.開關(guān)管的選擇a.耐壓余量耐壓取理論值加80V，原則上不宜太大，也不宜太小，余量太大，導(dǎo)通電阻大，導(dǎo)通消耗大，電流余量電流值應(yīng)取最大電流的3-4倍，注意是100時(shí)箝位電路參數(shù)的選擇箝位電容的選擇箝位電路電阻的選擇箝位電路的阻斷二極管的選擇輸出整

12、流二極管的選擇電壓余量耐壓的理論計(jì)算值=最大溝通電壓1.414N1/N2+Vo+尖峰+30V電流余量流過整流管的電流為輸出電流均勻值的4倍，所以選擇整流管的額定電流應(yīng)為輸出均勻電流的35倍輸出濾波電容的選擇ESR小的高頻電解1A/1000U反激式電路耐壓30,10V,16V,25V,35V60V,100Vd.輸出濾波電感3UH四反激式開關(guān)電源pcb排板原則一般原則：（反射噪聲，串?dāng)_，開關(guān)噪聲，地彈，軌道塌陷，以及輻射）a.Pcb走線長度減少一半，則其電感也減少一半，但走線寬度要增添10倍才減少一半b.電流路徑小電流信號(hào)盡可能與大電流信號(hào)的地回路分開；高壓信號(hào)盡可能與低壓信號(hào)遠(yuǎn)些；多路輸出的地回

13、路有條件盡可能分開減小電感的方法實(shí)質(zhì)狀況初級(jí)回路次級(jí)回路首次級(jí)回路的安全距離典型排板事例(初版本)（第二版本：初級(jí)地分開匯總到高壓電容，次級(jí)地一路匯總到變壓器)(第三版本：次級(jí)地12V5V分開匯總到變壓器)五變壓器的設(shè)計(jì)適用的工程設(shè)計(jì)計(jì)算FD90205V/2A12V/0.5A變壓器：輸入電壓：90V265Vac輸出功率：16W效率=80%占空比D=0.45頻次F=65K因?yàn)楣ぷ髟趯掚妷悍秶?，設(shè)計(jì)按連續(xù)模式計(jì)算1、峰值電流計(jì)算（最大峰值電流設(shè)在溝通電壓最低的狀況計(jì)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、初級(jí)電感量計(jì)算L*Ip=Udc*TonTon=D*T=D/FL=(Udc*D)/(Ip*F)=107*0.45/(0.498*65)=1.487mH3、匝比及各繞組匝數(shù)計(jì)算取反射電壓Ur=80VD/(1D)V(100V)N=Ur/(Uout+0.5)=80/5.5=14.5查表知EE22Ae為36.7mm2取B為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取整數(shù)6匝反推原邊Np=Ns*N=6*14.5=87取87匝次級(jí)12V路：N12V=Ns/Uout*U12v=6/5*12=14.4取14匝協(xié)助繞組：Na=Ns/Uout*Ua=6/5*17=20.4取20匝各繞組匝數(shù)匝比：原：輔：5V：12V=87：20：6：144、各繞組線徑計(jì)算初級(jí)電流Irms=Ip*D3=0.8307*0.453=0.1857A取5A/mm初級(jí)：R2=0.18575D=2*R=0.2175mm，取D=0.23mm5V輸出：3*R2=25D=2*R=0.412mm，取D=0.45mm12V輸出：R2=

16、0.55D=2*R=0.3568mm，取D=0.35mm協(xié)助路輸出：電流較小，為配線方便取D=0.23mm綜上：初級(jí)Np=87匝線徑0.23mm*15V路Ns=6匝線徑0.45mm*312V路N12V=14匝線徑0.35mm*1協(xié)助Na=20匝線徑0.23mm*1Lp=1.487mH5、CS電阻計(jì)算R=0.8V/Ip2=0.8/0.664=1.2R保存一點(diǎn)裕量取1R電阻傳統(tǒng)的Ap變壓器的工藝問題（三明治，分層，繞向，磁路，磁材形狀）減少漏感的工藝安全工藝改良輻射工藝降低成本工藝六反激式開關(guān)電源的穩(wěn)固性問題七重點(diǎn)器件的特征功率VDMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管擁有雙極型功率晶體管不具備的很多獨(dú)到長處：1、開

17、關(guān)速度特別快功率VDMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是多半載流子器件，擁有特別快的開關(guān)速度，不存在雙極型功率晶體管的少量載流子存貯效應(yīng)，沒有存貯時(shí)間。開關(guān)時(shí)間可達(dá)幾ns至數(shù)十ns。一般低壓器件開關(guān)時(shí)間為10ns數(shù)目級(jí)，高壓器件位100ns數(shù)目級(jí)。特別合適于制作高頻開關(guān)，能夠大大減小電抗元件的消耗、尺寸和重量。功率VDMOS器件的開關(guān)速度主要決定于器件的內(nèi)部電容的充、放電，并與工作溫度沒關(guān)。2、高輸入阻低和低驅(qū)動(dòng)電流功率VDMOS器件的柵極以二氧化硅作為電介質(zhì)絕緣層，其直流電阻在40M以上，因此它的輸入阻抗極高，是一種理想的電壓控制器件，其驅(qū)動(dòng)線路簡單，能夠直接被C-MOS、TTL、IC驅(qū)動(dòng)。直流驅(qū)動(dòng)電流很小，在100nA數(shù)目級(jí)，大大降低了系統(tǒng)的功率消耗。3、安全工作區(qū)大功率VDMOS器件與雙極型功率晶體管的顯然差別之一是沒有二次擊穿。安全工作區(qū)由器件的峰值電流、擊穿電壓的額定值和功率容量來決定，無需增添保護(hù)線路和裝置就能夠保證器件安全靠譜地工作。4、漏極電流為負(fù)的溫度系數(shù)有優(yōu)秀的熱穩(wěn)固性功率VDMOS器件的最小導(dǎo)通電壓由導(dǎo)通電阻rDS(on)決定。關(guān)于低壓器件，V