UC3845反激式开关电源(DOC)

目录

一、目的 (3)

二、内容 (3)

一．主电路工作原理及设计 (5)

1.1单端反激变换器工作原理 (5)

1.2单端反激变换器的工作模式及基本关系 (5)

1.2.1电流连续时反激式变换器的基本关系 (5)

1.2.2电流临界连续时反激式变换器的基本关系 (7)

1.2.3电流断续时反激式变换器的基本关系 (8)

1.3 RCD吸收电路工作原理及设计 (8)

1.3.1 RCD吸收电路工作原理 (8)

1.3.2 RCD电路参数设计 (9)

1.4变压器设计 (9)

1.4.1确定匝比 (9)

1.4.2电感设计 (10)

1.4.3磁芯选择 (11)

1.4.4匝数设计 (11)

1.4.5气隙设计 (12)

1.5主电路器件的选择 (12)

1.5.1功率开关管的选择 (12)

1.5.2副边整流二极管的选择 (13)

1.5.3输出滤波电容的选取 (13)

1.5.4钳位电路设计 (13)

二．控制电路工作原理及设计 (13)

2.1电流控制技术原理 (13)

2.2电流控制型脉宽调制器UC3845 (14)

2.2.1 UC3845内部方框图 (14)

2.2.2 UC3845功能介绍 (15)

2.3基于UC3845的控制电路设计 (16)

2.3.1开关频率计算 (16)

2.3.2保护电路设计 (17)

三．反馈电路工作原理及设计 (17)

3.1反馈电路工作原理 (18)

3.2反馈电路设计 (18)

3.2.1稳压器TL431 (18)

3.2.2光电耦合器 (19)

3.3参数选择 (20)

四．仿真验证 (21)

五．总结 (26)

一、目的

1．熟悉逆变电路和整流电路工作原理，探究PID闭环调压系统设计方法。

2．熟悉专用PWM控制芯片工作原理及探究由运放构成的PID闭环控制电路调节规律，并分析系统稳定性。

3．探究POWER MOSFET 驱动电路的特性并进行设计和优化。

4．探究隔离电源的特点，及隔离变压器的特性。

二、内容

设计基于脉冲变压器的DC-AC-DC变换器，指标参数如下：

?输入电压：90V~135V；

?输出电压：12V，纹波<1%；

?输出功率：50W；

?开关频率：30kHz；

?输出电流范围：20%至满载；

?具有过流、短路保护和过压保护功能，并设计报警电路；

?具有隔离功能；

?进行变换电路的设计、仿真（选择项）与电路调试。

摘要

单端反激变换器是开关变换器的一种基本的拓扑结构，其具有重量轻、体积小、制造工艺简单、成本低、功耗小、工作电压范围宽、安全性能高等优点，因此在实际中应用比较广泛，对单端反激变换器的研究和设计具有重要意义。

本次设计实验首先对反激变换器CCM和DCM工作模式下的能量传输过程及其基本关系进行了分析比较，对RCD箝位技术进行了研究，详细阐述了主电路中的高频变压器、MOSFET、输出整流二极管和滤波电容等关键参数设计准则。

其次还研究了电流控制技术和基于此技术的UC3845芯片的工作原理及特点，进而设计了控制电路。本电路反馈回路采用可调式精密稳压器TL431配合光耦PC817，达到了更好的稳压效果，提高了系统的可靠性。

最后对由主电路、控制电路、反馈回路构成的反激变换器闭环系统进行了详细设计，并进行了仿真验证，分析和验证了电路设计的正确性和准确性。接着根据系统原理和仿真参数，进行实际电路的搭建和调试，搭建的实际电路能够满足项目要求。

一．主电路工作原理及设计

1.1单端反激变换器工作原理

图1-1给出了反激（Flyback）DC/DC转换器的主电路及其工作状态的电路。它是由开关管S、整流二极管D、滤波电容C和隔离变压器构成。开关管S按照PWM方式工作。变压器有两个绕组，初级绕组L1和次级绕组L2，两个绕组是紧密耦合的。使用的是普通磁材料和带有气隙的铁心。以保证在最大负载电流时铁心不饱和。

图1-1 单端反激变换器的主电路图

在图1-1中，为Vi输入电压、Vo为输出电压、Io为输出电流、S为开关管、L1、i为流过电感L1的电流、2L i为流过电感L2的电流，D为续流L2为储能电感、1L

二极管、C为输出滤波电容、L R为负载电阻。

当开关管S导通时，续流二极管D承受反向偏置电压而截止，流过电感L1的电流1L i线性增加，储能电感L1将电能转换成磁能储存在电感L1中，此时，负载由输出滤波电容C供电；当开关管S断开时，电流1L i降为零，续流二极管D导通，储能电感Ll将能量通过互感传递给L2，通过L2释放能量，流过电感L2的电流2L i线性减小，在减小到Io之前，电感电流一部分给负载供电，一部分给电容充电：减小到小于Io后，电容进入放电状态，负载由电感和电容共同供电，以维持输出电压和输出电流不变。在开关管S断开期间，流过电感L2的电流2L i线性减小到零时下一个开通周期还没有到来，则会出现副边电感电流断续的状态。根据副边电感电流是否出现断续将电路的工作方式分为连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）。

1.2单端反激变换器的工作模式及基本关系

1.2.1电流连续时反激式变换器的基本关系

(1) 开关状态1（0-Ton）

在t=0瞬间，开关管S导通，电源电压Ui加在变压器初级绕组W1上，此

时，在次级绕组W2中的感应电压为221

w i W u U W =-，其极性“*”端为正，是二极管D1截止，负载电流由滤波电容Cf 提供。此时，变压器的次级绕组开路，只有初级绕组工作，相当于一个电感，其电感量为L1，因此初级电流p i 从最小值min P I 开始线性增加，其增加率为： 1

i U dip dt L = （1-1） 在on t T =时，电流达到最大值max P I 。 max min 1

i P P u s U I I D T L =+ （1-2） 在此过程中，变压器的铁心被磁化，其磁通Φ也线性增加。磁通Φ的增加量为： ()1

i u s U D T W +?Φ=

（1-3） (2）开关状态2（Ton-Ts ）

在t=Ton 时，开关管S 关断，初级绕组开路，次级绕组的感应电动势反向，其极性“*”端为负，使二极管D1导通存储在变压器磁场中的能量通过二极管D 释放，一方面给电容C 充电；另一方面也向负载供电。此时只有变压器的次级绕组工作，相当于一个电感，其电感量L2。次级绕组上的电压为2w o u U =，次级电流s i 从最大值max s I 线性下降，其下降速度为： 02U dis dt L = （1-4） 在1012

i D U U U K =+时，电流达到最大值max s I 。 max min 2

(1)o s s u s U I I D T L =+- （1-5） 在此过程中，变压器的铁心被磁化，其磁通Φ也线性增加。磁通Φ的增加量为： ()2

(1)o u s U D T W -?Φ=

- （1-6） (3）基本关系

在稳态工作时，开光导通铁心磁通的增加量()+?Φ必然等于开关管关断时的

减少量()-?Φ，即()()+-?Φ=?Φ，则由式（1-3）和式（1-6）可得 1221..111o u u i u u

U D D W U W D K D ==-- （1-7）

式中，1212

W K W =是变压器初、次级绕组的匝数比。 开关管S 关断时所承受的电压为Ui 和初级绕组W1中感应电动势之和，即

12U 1i v i o u

U W U U W D =+

=- （1-8） 在电源电压Ui 一定时，开关管S 的电压和占空比Du 有关，故必须限制最大占空比Dumax 的值。二极管D 承受的电压等于输出电压Uo 与输入电压Ui 折算到次级的电压之和，即 012i D U U U K =+

（1-9） 负载电流Io 就是流过二极管D1的电流平均值，即

min max 1().(1)2o s s u I I I D =+- （1-10） 根据变压器的工作原理，下面的两个表达式成立：

1min 2min 1max 2max p s p s W I W I W I W I == （1-11）

由以上各式可得

2max 111max 21112.112.i p o u u s i s o u u s U W I I D W D L f U W I I D D W L f =

+-=+- （1-12） 1.2.2电流临界连续时反激式变换器的基本关系

如果在临界电流连续时工作，则式（1-7）仍然成立。此时，初级绕组的电流最大值为max 1.i p u s U I D L f =，则1max 21.i s u s

U W I D W L f =，负载电流max 1(1)2o s u I I D =-，故有临界连续负载电流： 112

(1)2.i oG o u u s U W I I D D L f W ==- （1-13） 在Du=0.5时，oG I 达到最大值

1128.i oG s U W I L f W =

（1-14） 于是（1-13）式可以写成

max 4(1)oG oG u u I I D D =- （1-15）

上式就是电感电流临界连续的边界。

1.2.3电流断续时反激式变换器的基本关系 在电感电流断续时，o i

U U 不仅与占空比有关，而且还与负载电流o I 有关,下面通过能量守恒进行推导。

一个周期T 内直流母线电压Ui 提供的功率为

2

0.5*()P P L I P T

= (1-16) 又因(1)/P dc on P I V T L =-,则有 22

[(1)]()22i i P P U Ton U Ton P TL TL -=≈

(1-17) 设变换器的效率为80%，则有输入功率=1.25*输出功率,即：

22

1.25()2O i O P

V U Ton R TL = (1-18) 可以求得 2.5o o i on P

R U U T TL = (1-19) 1.3 RCD 吸收电路工作原理及设计

1.3.1 RCD 吸收电路工作原理

反激变换器中隔离变压器兼起储能电感作用，变压器磁芯处于直流偏磁状态， 为防止磁芯饱和，需要较大气隙，因此漏感较大，电感值相对较低。当功率开关关断时，由漏感储能引起的电流突变引起很高的关断电压尖峰，功率管导通时，电感电流变化率大，电流峰值大，CCM 模式整流二极管反向恢复引起功率开关开通时高的电流尖峰。因此，必须用箝位电路来限制反激变换器功率开关电压、电流应力。RCD 吸收电路加在变压器原边两端，电路拓扑如图1-2所示。功率管S 关断时，变压器漏感能量转移到电容C 上,然后电阻R 将这部分能量消耗掉。

图1-2 RCD 吸收电路

1.3.2 RCD 电路参数设计

(1)功率管截止时，漏感能量等于电容C 吸收的能量

222max 111()222

lk p DS i reset L I C U U CU =-- (1-20) 式(1-14)中，L1k 为变压器漏感、Lpmax 为原边电感电流峰值、Uds 为最大漏源电压、Ureset 为电容C 初始电压、Ui 为输入直流电压。故

2

max 22()lk p DS i reset

L I C U U U =-- (1-21) (2）电容C 上的电压只是在功率管关断的一瞬间冲上去，然后应一直处于放电状态在功率管开通之前，电容C 上的电压不应放到低于(N1/N2)Uo ，否则二极管D 导通，RCD 箝位电路将成为该变换器的一路负载。电阻R 根据下式求得：

12

()OFF

O T RC DS i N U U e U N --≥ (1-22) 电阻R 额定最大功率，即箝位电路消耗的功率，为

22max 111[()]222

DS i reset R lk p P L I f C U U CU f ==-- (1-23) (3)二极管D 承受的峰值电压为Ui+(N1/N2)Uo ，峰值电流为原边电感峰值电流Ipmax 。

1.4变压器设计

1.4.1确定匝比

加在变换器输入端的直流电压最大为135V

我们选用额定值为500V 的mosfet ，此时保留50V 的裕量。此种情况下，漏极电压不能超过450V 。由上分析知，漏极电压为in Z V V +，于是有

180450450

180270i n Z Z

Z V V V V V +=+≤≤-= (1-24) 因为为保证最大占空比小于0.5，需选择标准150V 稳压管。若以Z OR V V 为函数画出上述钳位损耗曲线可发现，在所有情况下，Z

OR V V =1.4均为消耗曲线上的明显下降点。因此选择此值作为最优比。则有

0.70.71501051.4Z O R Z V V V V ==?=?=

(1-25)

假设28V 输出二极管正向压降为1V ，则匝比为

105 3.6229OR o D V n V V =

==+ (1-26)

1.4.2电感设计 由负载功率和电压，可以得到

140528o I A ==

(1-27)

一次输出电压为OR V ，负载电流为OR I ，其中

5 1.383.62o OR I I A n === (1-28) 假定设计效率为80%，则可以得到输入功率

14017580%0.8o IN P P W ===

(1-29)

于是可以得到平均输入电流

175 1.35130

IN

IN INMIN P I A V === (1-30) 平均输入电流与实际占空比D 直接相关。因IN

I D 为一次电流斜坡中心值，且其值与LR I 相等，于是有

1I N O R I I D D =-

(1-31)解得

(1-32)

二次电流斜坡中心值为 510110.5o L I I A D =

==--

(1-33)

一次电流斜坡中心值为 10 2.763.62L LR I I A n ===

(1-34) 根据以上LR I 值，可得所选电流纹波率情况下的峰值电流

1(1)1.252.763.45P K L R I I A r =+?=?= (1-35) 1.350.51.35 1.38

IN IN OR I D I I ===++

伏秒数为

31300.5 1.6254010o n o n E t V t V m s ?=?==?

(1-36)

设计离线式变压器时，因需降低高频铜耗、减小变压器体积等各种因素，通常将r 值设定为0.5左右。根据“L I ?”规则一次电感为

1 1.6251.182.760.5p LR Et L mH I r =?==? (1-37)

二次电感

221.1890.03.62P s L m L uH n =

== (1-38) 1.4.3磁芯选择

设计磁性元件与特制或成品电感不同，须加气隙以提高磁芯的能量存储能力。若无气隙，磁芯一旦存储少许能量就容易达到饱和。但对应所需r 值，还应确保L 值大小。若所加气隙太大，则必然导致匝数增多——这将增大绕组的铜耗。另外，增加匝数将使绕组占用更大的窗口面积。故此时必须进行折中选择，通常采用如下公式（一般应用于铁氧体磁芯，且适用于所有拓扑） 23

(2)0.7IN e P r V cm r f +=??

(1-39)

其中f 的单位为kHz 。

则前例可得

23(20.5)1750.738.280.540e V c m +=??=

(1-40)

于是开始选取这个体积（或接近）磁芯。在EE55中可以找到，其等效长度和面积在他的规格中已给出

2

3.5412.3e e A cm l cm

==

则可得其体积为

33.5412.343.54e e e V A l c m =?=?= (1-41)

基本满足要求。

1.4.4匝数设计

电压相关方程

LI B T NA = (1-42) 使B 与L 相关联。由于给定频率的r 和L 表达式等效，故结合这些公式，磁通密度变化取最大值（通过r ），即可得到非常有用的关于r 的电压相关方程式

2(1)(2ON PK e V D N r B A f ?=+????适用于所有拓扑） (1-43)

所以若无材料的磁导率、磁隙等信息，只要已知磁芯面积Ae 与其磁通密度变换范围，仍能得到所求的匝数值。对于大多数的铁氧体磁芯，不管有无磁隙，磁通

密度变化都不能超过0.3T 。所以求解N 为（一次绕组匝数）

4321300.5n 1+)38.250.520.3 3.54104010p -?=?=?????（匝 (1-44) 则28V 输出的二次绕组匝数为

38.2510.573.62

p s n n n ===匝 (1-45) 分别取整数为40匝和11匝。 1.4.5气隙设计

最后，必须要考虑到材料的磁导率，L 与磁导率相关的方程有

21()o e e A L N H z l μμ=??

(1-46) 其中，z 为气隙系数

e g e l l z l μ+=

(1-47)

求得 74

2232112000410 3.5410()()401.181012.310

o e e A z N L l μμπ----????=??=???? (1-48)

所以

9.81z = (1-49) 最后，求解气隙长度

12.32000

9.810.5412.3g g l z l m m +?==?=

(1-50) 1.5主电路器件的选择

1.5.1功率开关管的选择

功率开关管上承受的电压应力和电流应力分别为

12U 1i v i o u

U W U U W D =+=-

1(1) 1.25 2.76 3.45PK LR I I A r

=+?=?= 功率管选用IRF840(8A ／500V)。

1.5.2副边整流二极管的选择 整流二极管D 承受的电压应力和电流应力分别为

012

i D U U U K =+ lpk pk I nI =

整流二极管选用MBR10100G(100V/10A)。

1.5.3输出滤波电容的选取

输出滤波电容为

58%s T C K R

≥ 式中，K ％为纹波率、R 为负载电阻，输出滤波电容选用220uF 的电解电容。

1.5.4钳位电路设计

2

max 22

()lk p DS i reset L I C U U U =-- 根据公式(1—16)来计算吸收电阻R 的值， R 上的功耗基本为漏感能量通过电容转化而来，功耗值为

max 12

R lk p P L I f = 由于二极管D 和电容C 均有功耗，电阻R 的功耗按计算值的一半来考虑。

二极管D 上通过的峰值电流ID=Ipk=3.45A ，所以选用肖特基二极管

MUR1560(15A/600v)。

二．控制电路工作原理及设计

2.1电流控制技术原理

电流控制技术原理图，如图2-1所示，图中A 为误差放大器，N 为PWM 比较器，Uref 为参考电压，采用恒频时钟脉冲置位锁存器，输出脉冲，以驱动功率管导通，使电源回路的电流增大。电源输出电压Uo 与参考电压Uref 比较放大后，得到误差电压Ue 。当电流在采样电阻Rs 上的幅度达到Ue 时，脉宽比较器的状态翻转，锁存器复位，驱动撤除，功率管截止。这样逐个检测和调节电流脉冲就可以达到控制电源输出的目的。

图2-1 电流控制技术原理图

电流控制技术与传统的电压控制技术相比，在电路结构上增加了一个电感电流反馈，此电流反馈就作为PWM的斜坡函数，因此不再需要锯齿波(或三角波)发生器。反馈的电感电流，其电流变化率di/dt直接跟随输入电压和输出电压的变化而变化，电压反馈回路中误差放大器的输出作为电流给定信号，与反馈的电感电流比较，直接去控制功率开关通断的占空比，使功率开关的峰值电流受电流给定信号控制。

2.2电流控制型脉宽调制器UC3845

2.2.1 UC3845内部方框图

UC3845系列芯片的内部方框图，如图2-2所示。

图2-2 UC3845内部方框图

1脚为误差放大输出，并可用于环路补偿；2脚是误差放大器的反相输入；3脚是电流取样端，通常通过一个正比于电感器电流的电压接到这个输入，脉宽调制器使用此信息中止输出开关的导通；4脚为RT/CT端，通过将电阻RT连至Vref

并将CT 连至地，使得振荡器频率可调；5脚为接地端；6脚为输出端，输出开关频率为振荡器的一半；7脚为Vcc 端；8脚为参考输出，它经RT 向电容CT 提供充电电流，可提供大电流图腾柱输出，输出电流达1A 。

2.2.2 UC3845功能介绍

（1）过压保护和欠压锁定

当工作电压Vcc 大于36V 时，稳压二极管稳压，使内部电路在小于36V 下可靠工作；而当欠压时，有锁定功能。在输入电压U 小于开启电压阀值时，整个电路耗电lmA ，降压电阻功耗很小。此芯片采用了两个欠压锁定比较器来保证在输出级被驱动之前，集成电路已完全可用，正电源端和参考输出各由分离的比较器监视，每个都具有内部的滞后，以防止通过它们各自的门限时产生错误输出动作。

（2）振荡频率的设置

如图3.2所示，UC3835芯片8脚和4脚之间接RT ，4脚和5脚之间接CT ，8脚5V 基准电源经RT 给定时电容CT 充电，U 振荡器工作频率f 为

1.72orc T r

f R C =

(2-1 ) (3)误差放大器的补偿

UC3845的误差放大器同相输入端接在内部+2．5V 基准电压上，反相输入端接受外部控制信号，其输出端可外接RC 网络，然后接到反相输入端，在使用过程中，可改变R 、C 的取值来改变放大器的闭环增益和频率响应。

(4)电流检测和限制

电流检测电路，如图3-3所示。正常运行时，检测电阻K 的峰值电压由内部误 差放大器控制，满足式(2-2)。 (1) 1.43pin pk S V V I R -=

(2-2)

图2-3 电流检测与限制

(1)pin V 为误差放大器输出电压、pk I 为检测电流。UC3845内部电流测定比较器

反向输入端箝位电压为lV ，最大限制电流(max)1pk S

V I R 。在RS 和3脚之间，常用R 、C 组成一个滤波器，用于抑制功率管开通时产生的电流尖峰，其时间常数近似等 于电流尖峰持续时间(通常为几百纳秒)。

（5）内部锁存器

UC3845内部设置有PWM 锁存器，加入锁存器可以保证在每个振荡周期仅输出一个控制脉冲，防止噪声干扰和功率管的超功耗。

（6）图腾柱输出

UC3845的输出级为图腾柱式输出电路，输出晶体管的平均电流为±200mA ，最大峰值电流可达4-1A ，由于电路有峰值电流自我限制的功能，所以不必串入电流限制电阻。

（7）驱动电路

UC3845的输出能提供足够的漏电流和灌电流，非常适合驱动N 沟道MOS 功率 晶体管，图2-4(a)为直接驱动N 沟道MOS 功率管的电路，此时UCl84X 和MOSFET 之间不必进行隔离。若需隔离可采用图2-4(b)所示的隔离式MOSFET 的驱动电路。

图2-4 驱动电路

2.3基于UC3845的控制电路设计

控制电路原理图如图2-5所示。稳压管VZ2和电阻R3是为了防止脉冲信号电压过高而照成开关管的损坏，对电路进行稳压，考虑到开关所能承受的电压，选取15V 的稳压管，电阻R3=20k 。电阻R11和电容C13组成RC 滤波器对6脚输出的脉冲电压进行滤波，所以R11=20欧姆，C13=4700pF 。

2.3.1开关频率计算

如图2-5所示，UC3844的脚8与脚4间电阻R8及脚4的接地电容C17决定了芯片内部的振荡频率，由于UC3844内部有个分频器，所以驱动MOSFET 功率开

图2-5 驱动电路原理图

关管的方波频率为芯片内部振荡频率的一半。本实验设计的电路频率为40KHz，则UC3845的振荡器工作频率为80KHZ。电阻R8一般取10k，则电容C17由式2-1计算可得为2.15nF。电容C18取为0.1uF。

2.3.2保护电路设计

如图2-5所示,电源电压过压时，2脚电压将会增大，当增大到一定值后，UC3845将会关断PWM波，即让6脚输出为0，MOS管Q1关断，电源电压自然就会下降，下降到一定程度后，反馈电压VFB也同时变小，这样UC3845的6脚又开始输出PWM波，控制MOS管的开通关断，使电压维持在12V左右。

MOSFET功率开关管的源极所接的R6是电流取样电阻，变压器原边电感电流流经该电阻产生的电压经滤波后送入UC3844的脚3，构成电流控制闭环。当负载短路或过流时，通过MOS管的电流增大，则取样电阻R6上的电压也会升高，当三脚的电压高于1V时，电流采样比较器输出高电平使PWM锁存器置0而使输出封锁，从而达到保护的效果。若故障消失，下一个时钟脉冲到来时将使PWM 锁存器自动复位。由于MOS管开通关断时，有可能产生电流尖峰，并传递到UC3845的3脚，为防止UC3845误保护，我们在R6上并联一个RC滤波电路，其中R5=1K，C14=470pF，这样就可以滤除电流尖峰，防止误保护。

。

由式1-35知，峰值电流为3.45A，则R6取0.3/5W

三．反馈电路工作原理及设计

反馈电路是通过输出电压引起光电耦合器PC817二极管-三极管上的电流变化取控制UC3845，调节占空比，达到稳定输出电压的目的。电路核心器件PC817和TL431。图3-1所示为反馈电路原理图,输出经过TL431反馈并将误差放大，TL431阴阳极间电压变化，引起流过光耦PC817发光部分的电流变化，而处于电源高压边的光耦感光部分得到反馈电压，用来调整的UC3845控制器输出的PWM 波的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。

图3-1 反馈电路原理图

3.1反馈电路工作原理

当输出电压有变大趋势时，经两电阻R13和WR1分压后接到TL431的参考输入端(误差放大器的反向输入端)的电压升高，与TL431内部的基准参考电压2.5V 作比较，使得TL431阴阳极间电压Vka降低，进而光耦二极管的电流If变大，于是光耦发光加强，感光端得到的反馈电压也就越大。UC3845在接受这个变大反馈电压后，与其内部的基准电压进行比较后导致脚1的电平变低，经过内部电流检测比较器与电流采样电压进行比较后输出变高，PWM锁存器复位，或非门输出变低，于是关断开关管，使得脉冲变窄，缩短MOSFET功率管的导通时间，于是传输到次级线圈和自馈线圈的能量减小，使输出电压Vo降低。反之亦然，总的效果是令输出电压保持恒定，不受电网电压或负载变化的影响，达到了实现输出闭环控制的目的。

3.2反馈电路设计

3.2.1稳压器TL431

TL431采用DIP-8或TO-92封装形式，引脚排列分别如图3-2所示。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。图中，A为阳极，使用时需接地；K为阴极，需经限流电阻接正电源；UREF是输出电压UO的设定端，外接电阻分压器；NC为空脚。

图3-2 TL431封装图及等效电路图

由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的2.5V 基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近Uref （2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1到100mA 变化。

前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图3-3所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若Vo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时 Vo=(1+R1/R2)Vref。

图3-3 TL431典型应用电路

选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1mA。

3.2.2光电耦合器

此处选用光电耦合器PC817，PC817是常用的线性光耦，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响，其有如下特点:

（1）输入和输出之间的隔绝电压高:5000V

（2）电流传输比 CTR:IF=5mA,VCE=5V时最小值为50%

（3）紧凑型双列直插封装

PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。其内部框图如图3-4所示。

图3-4 PC817等效电路图

当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“光-电-光”的转换。普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。

3.3参数选择

TL431参考输入端的电流参考值为2uA，为了避免此端电流影响分压比和避免噪声的影响，通常取流过电阻R13的电流为参考输入端电流的100倍以上，根据公式4-1计算，取R13的值为10k

R13<=2.5V/200uA=12.5K （3-1）根据TL431的特性，R13、WR1、Uo、Uref有固定的关系：

1 [1]*

13ref

WR

U U

R

=+（3-2）

则，

13

1()*

O ref

ref

R

WR U U

U

=-（3-3）

上式中，Uref为2.5V，Uo为28V，根据（3-3）式计算得出WR1=102k。

为了取得合适的R11值，首先根据PC817的Uce与Ic关系曲线确定PC817二极管正向电流If。UC3845的误差放大器输出电压摆幅0.8V

PC817的电流传输比CTR=0.8～1.6，按公式4-4计算得出通过PC817内部发光二级管的最小电流为：

min

5

6.25

0.8

c

f I mA

I mA

CTR

===（3-4）

超详细的反激式开关电源电路图讲解

反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1

图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图

五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻 图4中的RT为NTC，电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。

2019年反激式开关电源设计大全

2019年反激式开关电源设计大全

前言 对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它 的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消 副边电流的作用。另一部分是励磁电流分量，主要产生主磁通，在空载运行和负 载运行时，该励磁分量均不变化。 励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样，若抽水泵中无水，它就无法产生真空效应，大气压就无法将水压上来，水泵就无法正常工作；只有给水泵中加适量的水，让水泵排空，才可正常抽水。在整个抽水过程中，水 泵中保持的水量又是不变的。这就是，励磁电流在变压器中必须存在，并且在整 个工作过程中保持恒定。 正激式变压器和上述基本一样，初级绕组的电流也由励磁电流和负载电 流两部分组成；在初级绕组有电流的同时，次级绕组也有电流，初级负载电流分 量去平衡次级电流，激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。而初次级负载安匝 数相互抵消，它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动，而励磁电流占初级总电流很 小一部分，一般不大于总电流10％，因此不会造成磁芯饱和。 反激式变换器和以上所述大不相同，反激式变换器工作过程分两步：第一：开关管导通，母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来； 第二：开关管关断，存储的磁能通过次级绕组给电容充电，同时给负载供电。

可见，反激式变换器开关管导通时，次级绕组均没构成回路，整个变压 器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样，此时仅有初级电流，转换器没 有次级安匝数去抵消它。初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动，实现电能向 磁能的转换；这种情况极易使磁芯饱和。 磁芯饱和时，很短的时间内极易使开关管损坏。因为当磁芯饱和时，磁 感应强度基本不变，dB/dt近似为零，根据电磁感应定律，将不会产生自感电动 势去抵消母线电压，初级绕组线圈的电阻很小，这样母线电压将几乎全部加在开 关管上，开关管会瞬时损坏。 由上边分析可知，反激式开关电源的设计，在保证输出功率的前提下， 首要解决的是磁芯饱和问题。 如何解决磁芯饱和问题？磁场能量存于何处？将在下一篇文章：反激式开关电源 变压器设计的思考二中讨论。 反激式开关电源设计的思考二---气隙的作用 “反激式开关电源设计的思考一”文中，分析了反激式变换器的特殊性防止磁 芯和的重要性，那么如何防止磁芯的饱和呢？大家知道增加气隙可在相同ΔB的情况下，ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢? 由全电流定律可知:

(整理)反激式开关电源变压器设计原理.

反激式开关电源变压器设计原理 (Flyback Transformer Design Theory) 第一节. 概述. 反激式(Flyback)转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器.因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名.离线型反激式转换器原理图如图. 一、反激式转换器的优点有: 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求. 2. 转换效率高,损失小. 3. 变压器匝数比值较小. 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求. 二、反激式转换器的缺点有: 1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下. 2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大. 3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂. 第二节. 工作原理 在图1所示隔离反驰式转换器(The isolated flyback converter)中, 变压器" T "有隔离与扼流之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke.电路的工作原理如下: 当开关晶体管 Tr ton时,变压器初级Np有电流 Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp / 2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形如图2. 由图可知,导通时间 ton的大小将决定Ip、Vce的幅值: Vce max = VIN / 1-Dmax VIN: 输入直流电压 ; Dmax : 最大工作周期 Dmax = ton / T 由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保持低的Dmax,也就是Dmax＜0.5,在实际应用中通常取Dmax = 0.4,以限制Vcemax ≦ 2.2VIN. 开关管Tr on时的集电极工作电流Ie,也就是原边峰值电流Ip 为: Ic = Ip = IL / n. 因IL = Io,故当Io一定时,匝比 n的大小即决定了Ic 的大小,上式是按功率守恒原则,原副边安匝数相等 NpIp = NsIs而导出. Ip 亦可用下列方法表示: Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率 公式导出如下: 输出功率 : Po = LIp2η / 2T

开关电源各模块原理实图讲解

开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。

时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量

反激式开关电源原理

反激式开关电源原理 反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源. "反激"(FL Y BACK)的具体所指是当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为放电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为充电状态. 与之相对的是"正激"(FORWARD)式开关电源,当输入为高电平(开关管接通)时输出线路中串联的电感为充电状态,相反当输入为高电平(开关管断开)时输出线路中的串联的电感为放电状态,以此驱动负载. 电机配导线（电机一个千瓦大约2A） "1.5加二，2.5加三" "4后加四，6后加六" "25后加五，50后递增减五" "百二导线，配百数" 该口诀是按三相380V交流电动机容量直接选配导线的。"1.5加二"表示1.5mm2的铜芯塑料线，能配3.5kW的及以下的电动机。由于4kW 电动机接近3.5kW的选取用范围，而且该口诀又有一定的余量，所以在速查表中4kW以下的电动机所选导线皆取1.5mm2。"2.5加三"、"4后加四"，表示2.5mm2及4mm2的铜芯塑料线分别能配5.5kW、8kW电动机。"6后加六"，是说从6mm2的开始，能配"加大六"kW的电动机。即6mm2的可配12kW，选相近规格即配1lkW电动机。10mm2可配16kW，选相近规格即配15kW电动机。16mm2可配22kW电动机。这中间还有18.5kW电动机，亦选16mm2的铜芯塑料线。"25后加五"，是说从25mm2开始，加数由六改为五了。即25mm2可配30kW的电动机。35mm2可配40kW，选相近规格即配37kW电动机。"50后递增减五"，是说从50mm2开始，由加大变成减少了，而且是逐级递增减五的。即50mm2可配制45kW电动机(50-5)。70mm2可配60kW(70-10)，选相近规格即配备55kW 电动机。95mm2可配80kW(95-15)，选相近规格即配75kW电动机。"百二导线，配百数"，是说120mm2的铜芯塑料线可配1OOkW电动机，选相规格即90kW 电动机。2．电动机配用导线的对表速查例如一台Y180L-4、22kW电动机，从速查表查得应配BV型16mm2的铜芯塑料线。七、有关使用速查表的几项说明1．表中所列电动机为Y系列380V/50Hz三相异步电动机，对于其它系列电动机，只要额定电压和频率相符，额定电流相接近，也可参考使用。2．选用的BV型铜芯塑料线截面，是以水泥厂供用电距离在200m及以下，年运行时问7000～8000h，以降低线路损耗节电效益显著等条件考虑的。如果供电距离大于200m，则需要按常规的导线选用设计条件(如发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度)，另行设计计算。如果采用BLV型塑料铝芯线，其规格要降一级选用。即2.5mm2铝芯线可代替1.5mm2铜芯线，4mm2铝芯线可代替2.5mm2铜芯线……，其它依此类推。 热继电器配置 一般情况下，可选用两相结构热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对于三角形接线的电动机，应该选用带断相保护装置的热继电器。 ２、热继电器额定电流选择。

反激式变压器开关电源电路参数计算(精)

反激式变压器开关电源电路参数计算 反激式变压器开关电源电路参数计算基本上与正激式变压器开关电源电路参数计算一样，主要对储能滤波电感、储能滤波电容，以及开关电源变压器的参数进行计算。1-7-3-1．反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算前面已经详细分析，储能滤波电容进行充电时，电容两端的电压是按正弦曲线的速率变化，而储能滤波电容进行放电时，电容两端的电压是按指数曲线的速率变化，但由于电容充、放电的曲率都非常小，所以，把图1-19反激式变压 反激式变压器开关电源电路参数计算基本上与正激式变压器开关电源电路参数计算一样，主要对储能滤波电感、储能滤波电容，以及开关电源变压器的参数进行计算。 1-7-3-1．反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算 前面已经详细分析，储能滤波电容进行充电时，电容两端的电压是按正弦曲线的速率变化，而储能滤波电容进行放电时，电容两端的电压是按指数曲线的速率变化，但由于电容充、放电的曲率都非常小，所以，把图1-19反激式变压器开关电源储能滤波电容两端电压的充、放电波形画成了锯齿波，这也相当于用曲率的平均值来取代曲线的曲率，如图1-26所示。 图1-26中，uo是变压器次级线圈输出波形，Up是变压器次级线圈输出电压正半周波形的峰值，Up-是变压器次级线圈输出电压负半周波形的峰值，Upa是变压器次级线圈输出电压波形的半波平均值，uc是储能滤波电容两端的电压波形，Uo是反激式变压器开关电源输出电压的平均值，i1是流过变压器初级线圈的电流，i2是流过变压器次级线圈的电流，Io是流过负载两端的平均电流。 从图1-26可以看出，反激式变压器开关电源储能滤波电容充、放电波形与图 1-7反转式串联开关电源储能滤波电容充、放电波形（图1-8-b））基本相同，只是极性正好相反。因此，图1-19反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算方法与图1-7反转式串联开关电源储能滤波电容参数的计算方法完全相同。反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算，除了参考图1-7以外，还可以参考前面串联式开关电源或反转式串联开关电源中储能滤波电容参数的计算方法，同时还可以参考图1-6中储能滤波电容C的充、放电过程。 从图1-26中可以看出，反激式变压器开关电源与反转式串联开关电源中的储能电感一样，仅在控制开关K关断期间才产生反电动势向负载提供能量，因此，即使是在占空比D等于0.5的情况下，储能滤波电容器充电的时间与放电的时间也不相等，电容器充电的时间小于半个工作周期，而电容器放电的时间则大于半个工作周期，但电容器充、放电的电荷是相等的，即电容器充电时的电流大于放电时的电流。

单端正激式开关电源_主电路的设计说明

摘要：电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。目前，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。 本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术，本设计以正激电路为主体，采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流，输出稳压稳频的直流电。 关键词开关电源；正激电路；变压器；脉宽调制； ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment. The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability. KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation 目录 前言 (1)

反激式开关电源的设计方法

1 设计步骤: 1.1 产品规格书制作 1.2 设计线路图、零件选用. 1.3 PCB Layout. 1.4 变压器、电感等计算. 1.5 设计验证. 2 设计流程介绍: 2.1 产品规格书制作 依据客户的要求，制作产品规格书。做为设计开发、品质检验、生产测试等的依据。 2.2 设计线路图、零件选用。 2.3 PCB Layout. 外形尺寸、接口定义，散热方式等。 2.4 变压器、电感等计算. 变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的， 2.4.1 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max ) B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm 2) B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考 虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的 power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心 因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以 做较大瓦数的Power 。 2.4.2 决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。 2.4.3 决定变压器线径及线数: 变压器的选择实际中一般根据经验，依据电源的体积、工作频率，

反激开关电源原理

星期一, 05/11/2009 - 09:42 —陶显芳 1-7．反激式变压器开关电源 反激式变压器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用最广泛。 1-7-1．反激式变压器开关电源工作原理 所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。 图1-19-a是反激式变压器开关电源的简单工作原理图，图1-19-a中，Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。图1-19-b是反激式变压器开关电源的电压输出波形。 把图1-19-a与图1-16-a进行比较，如果我们把图1-16-a中开关变压器次级线圈的同名端对调一下，原来变压器输出电压的正、负极性就会完全颠倒过来，图1-19-b所示的电压输出波形基本上就是从图1-16-b的波形颠倒过来的。不过，因为图1-16-b的波形对应的是纯电阻负载，而图1-19-b的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联。由于储能滤波电容的容量很大，其两端电压基本不变，变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅，因此，图1-16-b中输出电压uo的脉冲尖峰完全被削除，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up，同时也等于变压器次级线圈输出电压uo的半波平均值Upa。

下面我们来详细分析反激式变压器开关电源的工作过程(参考图1-20)。 图1-19-a中，在控制开关K接通的Ton期间，输入电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电，初级线圈N1绕组有电流i1流过，在N1两端产生自感电动势的同时，在变压器次级线圈N2绕组的两端也同时产生感应电动势，但由于整流二极管的作用，没有产生回路电流。相当于变压器次级线圈开路，变压器次级线圈相当于一个电感。因此，流过变压器初级线圈N1绕组的电流就是变压器的励磁电流，变压器初级线圈N1绕组两端产生自感电动势可由下式表示： e1 = L1di/dt = Ui —— K接通期间(1-98) 或 e1 = N1dф/dt = Ui —— K接通期间(1-99) 上式中，e1为变压器初级线圈N1绕组产生的自感电动势，L1是变压器初级线圈N1绕组的电感，N1为变压器初级线圈N1绕组线圈绕组的匝数，ф为变压器铁心中的磁通。对(1-98)和(1-99)式进行积分，由此可求得： i1 =Ui*t/L1 ＋i(0) —— K接通期间(1-100) ф=Ui*t/N1 ＋ф (0) —— K关断瞬间(1-101) 上式中，i1是流过变压器初级线圈N1绕组的电流，ф为变压器铁心中的磁通；i1(0)为变压器初级线圈中的初始电流，即：控制开关刚接通瞬间流过变压器初级线圈N1绕组的电流；ф(0)为初始磁通，即：控制开关刚接通瞬间变压器铁心中的磁通。当开关电源工作于输出临界连续电流状态时，这里的i1(0)正好0，而ф(0)正好等于剩磁通S?Br。当控制开关K将要关断，且开关电源工作于输出电流临界连续状态时，i1和均达到最大值： i1m =Ui*Ton/L1 —— K关断瞬间(1-102)

开关电源拓扑结构详解

开关电源拓扑结构详解 主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开 入端和负载端。 开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。 开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 1. 非隔离式电路的类型： 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1.1. 串联式结构 串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。 串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。 上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负

载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感

L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。 在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。 对于图1-2，如果不看控制开关T和输入电压Ui，它是一个典型的反г 型滤波电路，它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。 串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为： 1.2. 并联式结构 并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输出端负载成并联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电，并同时对电容器C充电。

反激式开关电源设计资料.doc

反激式开关电源设计资料 前言 反激式开关电源的控制芯片种类非常丰富，芯片厂商都有自己的专用芯片，例如UC3842、UC3845、OB2262、OB2269、TOPSWITCH 等等。虽然控制芯片略有不同，但是反激式开关电源的拓扑结构和电路原理基本上是一样的，本资料以UC3842为控制芯片设计了一款反激式开关电源。 单端反激式开关稳压电源的基本工作原理如下： D1 T R L 图1 反激式开关电源原理图 当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时，直流输入电压V IN加载原边绕组N P两端，此时因副边绕组相位是上负下正，使整流管D1反向偏置而截止；当驱动脉冲为低电平使Q1截止时，原边绕组N P两端电压极性反向，使副边绕组相位变为上正下负，则整流管被正向偏置而导通，此后存储在变压器中的磁能向负载传递释放。因单端反激式电源只是在原边开关管到同期间存储能

量，当它截止时才向负载释放能量，故高频变压器在开关工作过程中，既起变压隔离作用，又是电感储能元件。因此又称单端反激式变换器是一种“电感储能式变换器”。 学习了反激式开关电源的工作原理之后，我们可以自行设计一款电源进行调试。开关电源是一门实验科学，理论知识的学习是必不可少的，但是光掌握了理论知识是远远不够的，还要多做实验，测试不同环境不同参数下的电源工作情况，这样才能对电源有更深的认识。除此之外，掌握大量的实验数据可以对以后设计电源和电源的优化提供很大帮助，可以更快速更合理的设计出一款新电源或者排除一些电源故障。通过阅读下面的章节，可以使你对电源从原理理解到设计能力有一个快速的提升。

第一章 电源参数的计算 第一步，确定系统的参数。我们设计一个电源首先要确定电源工作在一个什么样的环境，比如说输入电压的范围、频率、网侧电压是否纯净，接下来是电源的输出能力包括输出电压、电流和纹波大小等等。先要确定这些相关因素，才能更好的设计出符合标准的电源。我们在第二章会详细介绍如何利用这些参数设计电源。 输入电压范围（V line min 和V line max ）； 输入电压频率（f L ）； 输出电压（V O ）； 输出电流（I O ）； 最大输出功率 （P 0）。 效率估计（E ff ）：需要估计功率转换效率以计算最大输入功率。如果没有参考数据可供使用，则对于低电压输出应用和高电压输出应用，应分别将E ff 设定为0.8~0.85。 利用估计效率，可由式（1-1）求出最大输入功率。 O IN ff P P E = （1-1） 第二步：确定输入整流滤波电容（C DC ）和DC 电压范围。 最大DC 电压纹波计算： max DC V ?= （1-2） 式（1-2）中，D ch 为规定的输入整流滤波电容的充电占空比。其 典型值为0.2。对于通用型输入（85~265Vrms ），一般将max V DC ?设定为

UC3844在反激式开关电源上的一些探讨

UC3844在反激式开关电源上的一些探讨 随着现代科技的飞速发展，功率器件也不断更新，PWM技术的发展也日趋完善，开关电源正朝着小、轻、薄的方向发展。由于反激变换器具有电路拓扑简单、输入电压范围宽、输入输出电气隔离、体积重量小、成本低、性能良好、工作稳定可靠等优点，被广泛应用于实际变换器设计中。以前大多数开关电源采用离线式结构，一般从辅助供电绕组回路中通过电阻分压取样，该反馈方式电路简单，但由于反馈不是直接从输出电压取样，没有与输入隔离，抗干扰能力也差，所以输出电压中仍有2％的纹波，对于负载变化大和输出电压变化大的情况下响应慢，不适合精度较高或负载变化范围较宽的场合。下面的设计采用可调式精密并联稳压器TL431配合光耦构成反馈回路，达到了更好的稳压效果。 1 UC3844芯片的介绍 UC3844是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，由该集成电路构成的开关稳压电源与一般的电压控制型脉宽调制开关稳压电源相比具有外围电路简单、电压调整率好、频响特性好、稳定幅度大、具有过流限制、过压保护和欠压锁定等优点。其内部电路结构如图1所示。

该芯片的主要功能有：内部采用精度为±2．0％的基准电压为5．00V，具有很高的温度稳定性和较低的噪声等级；振荡器的最高振荡频率可达500kHz。内部振荡器的频率同脚8与脚4间电阻Rt、脚4的接地电容Ct的关系如式(1)所列，即 其内部带锁定的PWM(Pulse Width Modulation)，可以实现逐个脉冲的电流限制；具有图腾柱输出，能提供达1A的电流直接驱动MOSFET功率管。 2 电源的设计及稳压工作原理 单端反激变换器，所谓单端，指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧，并且只有一个输出端；反激式变换器工作原理，当加到原边主功率开关管的激励脉冲为高电平使MOSFET、开关管导通时，整流后的直流电压加在原边绕组两端，此时因副边绕组相位是上负下正，使整流二极管反向偏置而截止，磁能就储存在高频变压器的原边电感线圈中；当驱动脉冲为低电平使MOSFET开关管截止时，原边绕组两端电压极性反向，使副边绕组相位变为上正下负，则整流二极管正向偏置而导通，此后储存在变压器中的磁能向负载传递释放。 图2中MOSFET功率开关管的源极所接的R12是电流取样电阻，变压器原边电感电流流经该电阻产生的电压经滤波后送入UC3844的脚3，构成电流控制闭环。当脚3电压超过1V时，PWM锁存器将封锁脉冲，对电路启动过流保护功能；UC3844的脚8与脚4间电阻R16及脚4的接地电容C19决定了芯片内部的振荡频率，由于UC3844内部有个分频器，所以驱动MOSFET功率开关管的方波频率为芯片内部振荡频率的一半；图3中变压器原边并联的RCD缓冲电路是用于限制高频变压器漏感造成的尖峰电压。变压器副边整流二极管并联的RC回路是为了减小二极管反向恢复期间引起的尖峰。MOSFET功率管旁边的RCD缓冲电路是为了防止MOSFET功率管在关断过程中承受大反压。缓冲电路的二极管一般选择快速恢复二极管，而变压器二次侧的整流二极管一般选择反向恢复电压较高的超快恢复二极

反激式开关电源变压器是这么计算的

反激式开关电源变压器是这么计算的 于法拉弟电磁感应定律,这个定律是在一个铁心中，当磁通变化的时候， 其会产生一个感应电压，这个感应电压=磁通的变化量/时间T 再乘以匝数比,把 磁通变化量换成磁感应强度的变化量乘以其面积就可以推出上式来，NP=90*4.7 微秒/32 平方毫米*0.15,得到88 匝0.15 是选取的值，算了匝数，再确定线径， 一般来说电流越大线越热，所以需要的导线就越粗，需要的线径由有效值来 确定，而不是平均值。上面已经算得了有效值，所以就来选线，用0.25 的线就 可以，用0.25 的线，其面积是0.049 平方毫米，电流是0.2 安，所以其电流密度是4.08，一般选定电流密度是4 到10 安第平方毫米。若是电流很大，最好 采用两股或是两股以上的线并绕，因为高频电流有趋效应，这样可以比较好。 第六步，确定次级绕组的参数、圈数和线径。 原边感应电压，就是一个放电电压，原边就是以这个电压放电给副边的， 看上边的图，因为副边输出电太为5V，加上肖特基管的压降，就有5.6V，原 边以80V 的电压放电，副边以5.6V 的电压放电，那么匝数是多少呢？当然其遵守变压器那个匝数和电压成正比的规律，所以副边电压=NS*(UO+UF) /VOR，其中UF 为肖特基管压降，这个副边匝数等于88*5.6/80，得6.16,整取6 匝，再算副边的线径，当然也就要算出副边的有效值电流，下图是副边电流 的波形，有突起的时间是1-D，没有突起的是D，刚好和原边相反，但其KRP 的值和原边相同，这个峰值电流就是原边峰值电流乘以其匝数比，要比原 边峰值电流大数倍。 第七步，确定反馈绕组的参数。 反馈是反激的电压，其电压是取自输出级的，所以反馈电压是稳定的，TOP

正激开关电源变压器工作原理

正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。1-6-1．正激式变压器开关电源工作原理 所谓正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。 图1-17是正激式变压器开关电源的简单工作原理图，图1-17中Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R是负载电阻。 在图1-17中，需要特别注意的是开关变压器初、次级线圈的同名端。如果把开关变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图1-17就不再是正激式变压器开关电源了。 我们从（1-76）和（1-77）两式可知，改变控制开关K的占空比D，只能改变输出电压（图1-16-b中正半周）的平均值Ua ，而输出电压的幅值Up不变。因此，正激式变压器开关电源用于稳压电源，只能采用电压平均值输出方式。 图1-17中，储能滤波电感L和储能滤波电容C，还有续流二极管D2，就是电压平均值输出滤波电路。其工作原理与图1-2的串联式开关电源电压滤波输出电路完全相同，这里不再赘述。关于电压平均值输出滤波电路的详细工作原理，请参看“1-2．串联式开关电源”部分中的“串联式开关电源电压滤波输出电路”内容。 正激式变压器开关电源有一个最大的缺点，就是在控制开关K关断的瞬间开关电源变压器的初、次线圈绕组都会产生很高的反电动势，这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量产生的。因此，在图1-17中，为了防止在控制开关K关断瞬间产生反电动势击穿开关器件，在开关电源变压器中增加一个反电动势能量吸收反馈线圈N3绕组，以及增加了一个削反峰二极管D3。反馈线圈N3绕组和削反峰二极管D3对于正激式变压器开关电源是十分必要的，一方面，反馈线圈N3绕组产生的感应电动势通过二极管D3可以对反电动势进行限幅，并把限幅能量返回给电源，对电源进行充电；另一方面，流过反馈线圈 N3绕组中的电流产生的磁场可以使变压器的铁心退磁，使变压器铁心中的磁场强度恢复到初始状态。由于控制开关突然关断，流过变压器初级线圈的励磁电流突然为0，此时，流过反馈线圈N3绕组中的电流正好接替原来励磁电流的作用，使变压器铁心中的磁感应强度由最大值Bm返回到剩磁所对应的磁感应强度Br位置，即：流过反馈线圈N3绕组中电流是由

反激式开关电源的优点和缺点

反激式开关电源的优点和缺点 1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。 反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。 2 反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。 由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。 3 反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。 反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。因此，反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，容易把开关管击穿。 4 反激式开关电源的优点是电路比较简单，体积比较小，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多。 反激式开关电源的优点是电路比较简单，比正激式开关电源少用了一个大的储能滤波电感，以及一个续流二极管，一次，反激式开关电源的体积要比正激式开关电源的体积小，且成本也要低。此外，反激式开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多，因此，反激式开关电源要求调控占空比的误差信号幅度要比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也要较小。由于这些优点，目前，反激式开关电源在家电领域中还是被广泛的应用。

反激式开关电源原理与工程设计

反激式开关电源原理与工程设计 一．反激式开关电源的原理分析 二．反激式开关电源实际电路的主要部件及其作用三．反激式开关电源电路各主要器件的参数选择四．反激式开关电源pcb排板原则 五．变压器的设计 六．反激式开关电源的稳定性问题

反激式开关电源原理与工程设计 一．反激式开关电源的原理分析 1.反激式开关电源电路拓扑 2.为什么是反激式 a.变压器的同名端相反 b.利用了二极管的单向导电特性 3.电感电流的变化为何不是突变 电压加在有电感的闭合回路上，流过电感上电流不是突变

的，而是线性增加。 愣次定律： a.当电感线圈流过变化的电流时会产生感生电动势，其大 小于与线圈中电流的变化率成正比； b.感生电动势总是阻碍原电流的变化 4.变压器的主要作用与能量的传递 理想变压器与反激式变压器的区别 反激式变压器的作用 a.电感（储能）作用 遵守的是安匝比守恒（而不是电压比守恒） 储存的能量为1/2×L×Ip2

b.限流的作用 c.变压作用 初次级虽然不是同时导通，它们之间也存在电压转换关系，也是初级按匝比变换到次级，次级按变比折射回初级。 d.变压器的气隙作用 扩展磁滞回线，能使变压器更不易饱和 磁饱和的原理 图 电感值跟导磁率成正比,

导磁率=B/H B是磁通密度 H是磁场强度 简单一点,H跟外加电流成正比就是了，增加电流,磁流密度会跟着增加, 当加电流至某一程度时,我们会发现,磁通密度会增加得很慢, 而且会趋近一渐近线.当趋近这一渐近线时,这时的磁通密度,我们就称為饱和磁通密度,电感值跟导磁率成正比,导磁率=B/H B是磁通密度,H是磁场强度(电流增加,H会增加.) H会增加,但B不会增加, 导磁率变化量会趋近零啦! 电感值跟导磁率变化量成正比, 导磁率变化量趋近零,那电感值会是多少? 零 5.开关管漏极电压的组成 a. 高压为基础部分 b. 折射回来的电压部分 c. 漏感产生的尖峰部分 波形

正激式变压器开关电源工作原理

正激式变压器开关电源工作原理 正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。 1-6-1．正激式变压器开关电源工作原理 所谓正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。 图1-17是正激式变压器开关电源的简单工作原理图，图1-17中Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R 是负载电阻。 在图1-17中，需要特别注意的是开关变压器初、次级线圈的同名端。如果把开关变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图1-17就不再是正激式变压器开关电源了。 我们从（1-76）和（1-77）两式可知，改变控制开关K的占空比D，只能改变输出电压（图1-16-b中正半周）的平均值Ua ，而输出电压的幅值Up不变。因此，正激式变压器开关电源用于稳压电源，只能采用电压平均值输出方式。 图1-17中，储能滤波电感L和储能滤波电容C，还有续流二极管D2，就是电压平均值输出滤波电路。其工作原理与图1-2的串联式开关电源电压滤波输出电路完全相同，这里不再赘述。关于电压平均值输出滤波电路的详细工作原理，请参看“1-2．串联式开关电源”部分中的“串联式开关电源电压滤波输出电路”内容。 正激式变压器开关电源有一个最大的缺点，就是在控制开关K关断的瞬间开关电源变压器的初、次线圈绕组都会产生很高的反电动势，这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量产生的。因此，在图1-17中，为了防止在控制开关K关断瞬间产生反电动势击穿开关器件，在开关电源变压器中增加一个反电动势能量吸收反馈线圈N3绕组，以及增加了一个削反峰二极管D3。 反馈线圈N3绕组和削反峰二极管D3对于正激式变压器开关电源是十分必要的，一方面，反馈线圈N3绕组产生的感应电动势通过二极管D3可以对反电动势进行限幅，并把限幅能量返回给电源，对电源进行充