反激式开关电源各电路计算_基于CR6842的12V5A反激式开关电源

参数计算

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反激式开关电源的设计计算

一、反激式开关电源变换器：

也称 Flyback 变换器，是将 Buck/Boost 变换器的电感变为变压器得到的，

因为电路简洁，所用元器件少，成本低，是隔离式变换器中最常用的一种，在 100W 以下 AC-DC 变换中普

遍使用，特别适合在多输出场合。其中隔离变压器实际上是耦合电感，注意同名端的接法，原边绕组和副

边绕组要紧密耦合，而且用普通导磁材料铁芯时必须有气隙，以保证在最大负载电流时铁芯不饱和。

二、AC-DC 变换器的功能框图：

交流 220V 电压经过整流滤波后变成直流电压 V1，再由功率开关管（双极型或 MOSFET）斩波、高频变压

器 T 降压，得到高频矩形波电压，最后通过整流滤波器 D、C2，获得所需要的直流输出电压 Vo 。脉宽调制

控制器是其核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制功率开关管的通断状态，来调节输

出电压的高低，达到稳压目的；锯齿波发生器提供时钟信号；利用误差放大器和比较器构成闭环调节系统。

三、设计步骤：

1. 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 Fa：50Hz 或 60Hz

开关频率 f：大于 20kHz，常用 50kHz～200kHz

输出电压 Vo

输出功率 Po

损耗分配系数 Z：代表次级损耗与总损耗的比值，一般取 0.5

电源效率 k：一般取 75～85%。低电压（5V 以下）输出时，效率可取 75%，高压（12V 以上）输出，效率

可取 85%；中等电压（5V 到 12V 之间）输出，可选 80%。

2. 确定输入滤波电容 Cin：

对于宽范围交流输入（85～265Vac），C1/Po 的比例系数取 2～3，即每输出 1W 功率，对应 3uF 电容量

对于 100V/115V 交流固定输入，C1/Po 的比例系数取 2～3，即每输出 1W 功率，对应 3uF 电容量

对于 230V±35V 交流固定输入，C1/Po 的比例系数取 1，即每输出 1W 功率，对应 1uF 电容量

若采用 100V/115V 交流倍压输入方式，需两只容量相同的电容串联，此时 C1/Po 的比例系数取 2

3. 直流输入电压最小值 Vimin 的计算：

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

−=

minmin

其中：tc 为整流桥的响应时间，一般为 3ms

也可以由要求的直流输入电压最小值 Vimin 来反推需要的输入滤波电容 Cin 的精确值：

)2(

min

min i

Vuk

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

4. 确定初级感应电压 Vor：

对于宽范围交流输入（85～265Vac），初级感应电压 Vo r 取 135V

对于 100V/115V 交流固定输入，初级感应电压 Vo r 取 60V

对于 230V±35V 交流固定输入，初级感应电压 Vo r 取 135V

5. 确定钳位二极管反向击穿电压 Vb：

高温大电流下二极管钳位电压要高于标称值，所以选用 TVS 钳位电压 Vb=1.5Vor

对于宽范围交流输入（85～265Vac），钳位二极管反向击穿电压 Vb 取 200V

对于 100V/115V 交流固定输入，钳位二极管反向击穿电压 Vb 取 90V

对于 230V±35V 交流固定输入，钳位二极管反向击穿电压 Vb 取 200V

当功率开关管关断而次级电路处于导通状态时，次级电压会感应到初级上，感应电压 Vo r 就与 Vi 叠加后加

到开关管漏极上，与此同时初级漏感也释放能量，并在开关管漏极上产生尖峰电压 VL。必须给初级增加钳

位保护电路来吸收尖峰电压的瞬间能量，使 Vi+Vor+VL 低于开关管漏源的击穿电压 Vdsbr。

有经验公式：最大漏源击穿电压 Vdmax>Vimax+1.4x1.5Vor+20V

6. 确定最大占空比 Dmax：典型值为 67%，在输入电压最小值 Umin 时得到

%100

min

max

VVV

dsonior

−+

其中：Vdson 为开关管漏源导通电压

7. 选取初级纹波电流 Ir 与初级峰值电流 Ip 的比值 Krp：

Krp 是表征开关电源工作模式的重要参数：Krp 的取值范围 0～1

Krp=1：Ir=Ip，电流从 0 开始上升到峰值 Ip，再迅速降到 0，为不连续工作模式，存储在高频变压器中的能

量在每个开关周期内都要完全释放掉。

Krp<1：Ir<Ip，电流从一定幅度开始上升到峰值 Ip，然后又迅速回 0，为连续工作模式，存储在高频变压器

中的能量在每个开关周期内不能完全释放掉。

Krp=0：Ir=0，为理论上的极端连续模式，此时初级电感量 Lp 为无穷大，初级开关电流为矩形。

Krp 较小，意味着更为连续的工作模式和较大的初级电感量，且初级的 Ip 和 Irms 值较小，此时可选用较

小功率的 MOSFET，但要用较大尺寸的高频变压器；Krp 较大，表示连续度较差，此时须采用较大功率

的 MOSFET，但可配尺寸较小的高频变压器。在输入电压和输出功率相同时，连续模式的初级电感量大约

是不连续模式的 4 倍。设计成连续模式，初级电路中的交流成分要比不连续模式少，可减小 MOSFET 和

高频变压器的损耗，提高电源效率。

对于宽范围交流输入（85～265Vac），Krp 最小值（连续模式）0.4，最大值（不连续模式）1.0

对于 100V/115V 交流固定输入，Krp 最小值（连续模式）0.4，最大值（不连续模式）1.0

对于 230V±35V 交流固定输入，Krp 最小值（连续模式）0.6，最大值（不连续模式）1.0

一般可从连续模式时的最小值选起，在迭代计算过程中逐渐增大 Krp 值，但不能超过最大值。

8. 计算初级波形的参数：

输入电流的平均值 Iavg：

mini

avg

I =

初级峰值电流 Ip：

)2(

)5.01(

maxmin

max

rpi

avg

KkDV

−••

•−

初级纹波电流 Ir： Ir=KrpIp

初级有效值电流 Irms：

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+−= 1

max rp

prms

DII

9. 根据 Ip 选择适合的 MOSFET 或内置 MOSFET 的芯片：

极限电流最小值 Ilimint 应满足： 0.9Ilimit>Ip

这是因为高温时极限电流最小值会减小 10%，为使器件有更高的可靠工作范围而留余量。

10. 计算功率开关管结温 Tj：

25)(

max

+•

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+•+•=

taorixtdsonrmsj

RfVVCRIT

其中：Rta 为结到器件表面的热阻

Cxt 是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组的分布电容，带 Cxt 的乘积项代表当交流输入电压

较高时，由于 Cxt 在每个开关周期开始时泄放电荷而引起的开关损耗，用 Pcxt 表示

在计算时发现 Tj>100℃，就要选用功率较大的 MOSFET 或带 MOSFET 的芯片

11. 验算 Ip：

Ip=0.9Ilimit

输入新的 Krp 值，从最小值开始迭代，直到 Krp=1.0，检查 Ip 值是否符合要求

12. 计算高频变压器的初级电感量 Lp（uH）：一般 Z 取 0.5，k=0.8

kkZ

rpp

+−

•

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−•

)1(

13. 选择磁芯骨架等相关参数：依据功率选择适合的磁芯

高频变压器的最大承受功率 Pm 与磁芯截面积 Sj（cm2）之间的关系：

PS 15.0=

依据计算出的磁芯截面积 Sj（cm2），通过查找磁芯的规格书来选择最适合的磁芯，一般可按下表：

输出功率范

围 Po（W）

常规漆包线绕制的铁氧体磁芯型号三重绝缘线绕制的铁氧体磁芯型号

0～10

EE20 EF20 EEL16/EEL19 EPC25 EPD25 EE16/EE19 EI16/EI19 EFD15 EF16 EPC17

10～20

EE22 EE25 EEL19 EPC25 EPD25 EE19/EE20 EI19/EI22 EPC19 EF20 EPD20

20～30

EE28/EE30 EI30 EF30 EFD30 EPC30 EER28 ETD29 EE24/EE25 EI25/EI28 EF25 EFD25 EPC25

30～50

EE30/EE35 EER28/EER28L/EER35 EI30 ETD29 EI28/EI30 EF30 EER28 ETD29

50～70

EE40 ETD34/ETD39 EER35 EE35 EI35 EER35 ETD34

剩余14页未读，继续阅读

tangkunjyy

2015-01-09

有一些关于电路参数的计算，可以参考

h123654op

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