一步一步精通单端反激式开关电源设计

一步一步精通单端反激式开关电源设计

电源是指能够向电子设备提供能量的装置。开关电源，它是内部功率开关管工作在高频开关状态，可输出直流电源(或者恒定电流)的高效率电源装置。

从事开关电源，特种高压电源、脉冲电源设计多年，感触颇深，期间走过不少弯路，遇到不少困难，每一个电源的设计研发都需要扎实的电子方面的知识。借着这篇文章主要想总结一下这些年来自己在单端反激式开关电源设计方面的一些经验和技巧，期间走了太多的弯路，也吸取了很多的教训，当然也仍然有很多的不解，由于主题涉及的知识面比较广，内容篇幅也比较多，先来个提纲，我们大家一起来一步一步学习反激式开关电源的设计。

步骤1_确定应用需求

步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压

步骤3_确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX，并基于输入电压和PO选择输入存储电容CIN的容量

3.1、选择输入存储电容CIN的容量

3.2、确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX.

步骤4_输入整流桥的选择

步骤5_确定反射的输出电压VOR以及钳位稳压管电压VCLO

步骤6_对应相应的工作模式及电流波形设定电流波形参数KP：当KP≤1时，KP=KRP;当KP≥1时，KP=KDP

步骤7_根据VMIN和VOR确定DMAX

步骤8_计算初级峰值电流IP、输入平均电流IAVG和初级RMS电流IRMS

步骤9_基于AC输入电压，VO、PO以及效率选定MOS管芯片

步骤10_设定外部限流点降低的ILIMIT降低因数KI

步骤11_通过IP和ILIMIT的比较验证MOS芯片选择的正确性

步骤12_计算功率开关管热阻选择散热片验证MOS芯片选择的正确性

步骤13_计算初级电感量LP

步骤14_选择磁芯和骨架，再从磁芯和骨架的数据手册中得到Ae，le，AL，和BW的参考值

步骤15_根据初级电感量大小以及磁芯参数计算初级绕组圈数NP

步骤16_计算次级绕组圈数NS以及偏置绕组圈数NB

步骤17_确定初级绕组线径参数OD、DIA、AWG

步骤18_步骤23-检查BM、CMA以及Lg。如果有必要可以通过改变L、NP或NS或磁芯/骨架的方法对其进行迭代，直到满足规定的范围

步骤24 –确认BP≤4200高斯。如有必要，减小限流点降低因数KI

步骤25 –计算次级峰值电流ISP

步骤26 –计算次级RMS电流ISRMS

步骤27 –确定次级绕组线径参数ODS、DIAS、AWGS

步骤28 –确定输出电容的纹波电流IRIPPLE

步骤29 –确定次级及偏置绕组的最大峰值反向电压PIVS,PIVB

步骤30 –根据VR和ID选择输出整流管

步骤31 –输出电容的选择

步骤32 –后级滤波器电感L和电容C的选择

步骤33 –从表10选择偏置绕组的整流管

步骤34 –偏置绕组电容的选择

步骤35 –控制极引脚电容及串联电阻的选择

步骤36 –根据图3、4、5及6中所示的参考反馈电路的类型，选用相应的反馈电路元件

步骤37 –环路动态补偿设计，以TOP-GX系列芯片为例

步骤1_确定应用需求

1.1 输入要求：

1.1.1输入交流电压：

交流输入最小电压：VAC(min) ,交流输入最大电压：VAC(MAX)

单位： V

交流输入电压大小主要受限于国家电网单想市电输出标准，常见的交流电压输入范围有：

(1) 宽电压范围; AC85V---265V。

(2) 230或115倍压整流AC195-265V。

(3) 自定义输入范围。

1.1.2输入交流电压频率: FL,单位Hz

50HZ或者60HZ，详细信息可百度下世界电网频率表即可。本例设计取50HZ.

1.1.3 开关频率：Fs, 单位kHz

大于20KHZ，常用50KHZ~200KHZ，具体由开关芯片决定.

1.1.4 电源效率：η

低电压(5V以下)输出时，效率可取75%;

中等电压(5V到12V之间)输出时，可选80%;

高压(12V以上)输出时，效率可取85%;

可参考开关芯片厂商数据手册建议，如果没有更好的参考依据，可以使用80%~85%

1.2 输出要求：

1.2.1、输出电压：Vo，单位V

取决于用户应用需求，主要由负载工作电压决定.

1.2.2、输出电流：IO，单位A

取决于用户应用需求，主要由负载工作电流决定。

1.2.3、稳压精度：电压调整率，负载调整率，纹波及噪声;

1.2.4、瞬态特性：启动时间，保持时间，输出电压的上升时间、

下降时间、过冲、欠冲。

1.3 保护功能及附属功能

1.3.1、 OCP，OVP，OTP，欠压保护，限功率;

1.3.2、 绝缘电阻、绝缘电压、漏电流。

1.4 结构要求：

1、外形尺寸，2、外包装，3、安装条件，4、冷却方式，5、接口方式，6、重量，7、名牌。

1.5 安规标准及EMC标准：

1、认证标志，3C，UL，GS，PSE，

2、EMI测试标准。

1.6 使用环境条件：

温度、湿度，耐振动冲击

1.7 寿命

1.8 开关电源专业术语

SMPS------------------------------开关电源

PCB--------------------------------印制电路板

PFC---------------------------------功率因数校正

PWM--------------------------------脉宽调制

FET-----------------------------------场效应管

MTBF---------------------------------平均无故障时间

NTC------------------------------------负温度系数

SOA------------------------------------安全工作区

UVLO-----------------------------------欠压锁定

OCP-------------------------------------过流保护

OVP-------------------------------------过压保护

OTP-------------------------------------过温保护

Irms, Iavg, Ir, Ip------电流的有效值，平均值，纹波值，峰值

EMC------------------------------------电磁兼容

RFI---------------------------------------射频干扰

ROHS-------------------------------------危害性物质限制指令

步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压

以PI公司的TOP系列芯片为例，其他品牌开关芯片的选取原则同样可以基于此原则。首先解释个名词术语：

2.1、负载调整率

百度百科是这样解释的：

负载调整率 (LOAD REGULATION)电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化较小，通常指标为3%--5%。负载调整率是衡量电源好坏的指标。好的电源输出接负载时电压降较小。

负载调整率=(空载时输出电压-满载时输出电压)/(额定负载时输出电压)*100%

这是稳压电源的一项重要指标，体现当负载电流变化时稳压电源的输出电压相应的变化情况，通常以输出电流从0变化到额定最大电流时，输出电压的变化量和输出电压的百分比值来表示。例如某5V直流稳压电源的输出电流从0增加到最大电流1A，它的输出电压从5.00V降到了4.50V，降落值0.5V除以标称输出电压5V，得10%这就是该电源的负载调整率。

2.2、反馈电路和偏置电压参考

 

 

·使用初级反馈成本最低(仅适合低功率的应用)

·使用光耦器/稳压管反馈成本低且输出精度好

·使用光耦器/TL431反馈输出精度最好

(1)初级/基本反馈电路

 

 

2初级/增强反馈电路

 

 

3、光耦/稳压管反馈电路

 

 

4、光耦器/TL431反馈电路