news 2026/5/15 22:34:14

反激开关电源设计

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
反激开关电源设计

一、初识反激电源

1.项目需求介绍

1.输入电压:160V~265VAC

2.输出电压:12VDC

3.输出电流:6A

4.输出功率:72W

5.效率:80%

6.满载输出纹波电压:<100mV

7.拓扑结构:单端反激

8.开关频率:65KHz

9:输出有LED电源指示灯

10.保护功能:输出过流保护、短路保护、芯片过热关断

11.工作温度:-30℃ ~ +40℃

12.存储温度:-40℃ ~ +80℃

13.散热方式:优先加散热器——自然冷;但要预留风扇接口——风冷

2.方案框图介绍

3.拓扑结构及公式推导

根据变压器伏秒平衡:

整理结果:

当开关管OFF:

4.工作原理分析

当开关管闭合时,电流流入变压器给初级磁芯充能,电流线性上升,而此时次级线圈根据楞次定律会产生阻碍磁通增加的电流,也就是从变压器次级同名端流出的电流,此电流被二极管截止,即初级线圈充电的磁能没有被释放。

当开关断开后,初级磁通有减少的趋势,于是此时次级线圈会根据楞次定律产生维持现有磁通的电流,也就是从变压器次级同名端流出的电流,此时电流方向和二极管方向相同,形成回路,也就是释放磁能的过程。

1.CCM模式

CCM称为连续导通模式(continuous Conduction mode),次级电感电流不会降到0。

2.DCM模式

DCM称为非连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode),次级电感电流会提前降到0。

二、器件选型

1.保险丝选型

选用延迟型保险丝,防止上电瞬间误动作,电流和电压值规格都应选偏大一点,比如300V/2A。

2.MOS管的选型

1.初级线圈平均电流

整流系数取1,留有余量,当取1.414时电压峰值,滤波之后纹波最低点达不到160*1.414,电流更大。

2.流过开关管的峰值电流

3.开关管峰值电压

方法一:

方法二:

(后面变压器部分计算得出)

(一般50V~100V,可通过RCD电路限制)

经计算可选取4A/650V 的MOS管。

3.检流电阻选型

UC384X芯片检流电阻上的最大电压为1V。检流电阻与MOS管串联电流相等。

检流电阻值计算:

检流电阻峰值功率:

最终选取0.3欧姆/3W电阻。

4.压敏电阻选型

当压敏电阻两端电压低于压敏电阻阈值电压时压敏电阻相当于一个无穷大电阻,此时压敏电阻相当于断路。当压敏电阻两端电压高于压敏电阻阈值电压时压敏电阻相当于一个无穷小电阻,此时压敏电阻相当于短路。主要用于防雷击、浪涌等瞬态过压。

最终选取560V-600V压敏电阻。

三、电路设计

1.变压器设计

1.设计步骤

1.设计要求

2.选择磁芯(AP法或Ve法)

3.计算匝数

4.计算线径

5.计算电感量和气隙

6.检验磁芯

7.检验窗口率

8.制作变压器

2.设计要求

3.选择磁芯

1.经验法

Ae:磁芯中柱横截面积,单位:

Pm:变压器最大功率,单位:W

经验公式:

根据Ae选择合适磁芯型号,经验公式计算Ae往往偏大,可根据产品进行适当修正。

2.Ve体积法

3.AP面积法

J:电流密度,单位:

:磁通变化,,:最大磁感应强度。:剩磁。单位:T

4.计算匝数

1.计算初级线圈匝数

选用EC2834磁芯,Ae=85.4

当开关闭合时,有

反激开关电源最恶劣条件:最小输入电压,最大占空比。

实际应用中,绕组的匝数和线径可适当增减。输入160VAC交流,整流系数1.2,而不是取1.414.因为满载时,电压波动大。

2.计算反射电压

根据伏秒平衡得:

3.计算次级线圈匝数

二极管压降为1V。

取Ns为9,重新计算修正Np:

4.计算辅助绕组线圈匝数

VCC兼容UC384X系列芯片,VCC=18V。

辅助绕组Nf=13。

5.计算线径

1.计算初级线径

1.初级线圈平均电流

整流系数取1,留有余量,当取1.414时电压峰值,滤波之后纹波最低点达不到160*1.414,电流更大。

2.初级线圈的峰值电流

3.初级线圈电流有效值

计算方法一:

计算方法二:

4.计算初级线圈线径横截面积Sp

J电流密度,匝数多,取小点4~6A/mm²。匝数少,取多点6~10A/mm²。

电流有效值=横截面积 x 电流密度

5.初级线圈线径直径Dp

可以选取直径0.55mm的漆包线

2.计算次级线径

用变比关系求出次级电流有效值

计算次级线径Ds

可以选取直径1.mm的漆包线

3.计算辅助绕组线径

辅助绕组输出功率小,电流小,线径一般不需要计算取0.2mm~0.3mm

可以取直径0.25mm的漆包线

4.趋肤深度

当频率越高,电流越集中在导线表面,趋肤深度越小。需要满足:2d趋肤深度≥D导线直径

铜导线在20°时,

5.计算初级多线并绕股数

由2d趋肤深度≥D导线直径,所以直径D应小于0.52mm。

股数:

初级绕组采用0.4mm的线径,2股并绕。

6.计算次级多线并绕股数

股数:

次级绕组采用0.5mm的线径,10股并绕。

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