電子科技大學(xué)楊忠孝反激式開關(guān)電源設(shè)計詳解（下）電子科技大學(xué)反激式開關(guān)電源設(shè)計詳解（下）開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類10W以內(nèi)常用RCC(自激振蕩)拓?fù)浞绞?0W-100W以內(nèi)常用反激式拓?fù)洌?5W以上電源有PF值要求）100W-300W正激、雙管反激、準(zhǔn)諧振300W-500W準(zhǔn)諧振、雙管正激、半橋等500W-2000W雙管正激、半橋、全橋2000W以上全橋開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類10W以內(nèi)常用RCC(自激振蕩)拓?fù)浞椒醇ら_關(guān)電源特點在開關(guān)電源市場中,400W以下的電源大約占了市場的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見的消費類產(chǎn)品全是反激式電源。

優(yōu)點：成本低,外圍元件少，低耗能，適用于寬電壓范圍輸入,可多組輸出.

缺點：輸出紋波比較大。(輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善)今天以自行車充電器為例，詳細(xì)講解反激開關(guān)電源的設(shè)計流程及元器件的選擇方法。反激開關(guān)電源特點在開關(guān)電源市場中,400W以下的電源大約占了隔離開關(guān)電源框架結(jié)構(gòu)圖EMI整流濾波變壓器次級整流濾波開關(guān)器件PWM控制IC隔離器件采樣反饋輸出高壓區(qū)域低壓區(qū)域隔離開關(guān)電源框架結(jié)構(gòu)圖EMI整流濾波變壓器次級整流濾波開關(guān)器電源電路原理圖電源電路原理圖初級側(cè)部分初級側(cè)部分第一個安規(guī)元件—保險管作用：安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時，保護(hù)核心器件不受到損壞。技術(shù)參數(shù)：額定電壓V、額定電流I、熔斷時間I^2RT。分類：快斷、慢斷、常規(guī)第一個安規(guī)元件—保險管作用：保險管的參數(shù)計算方法0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值Po輸出功率η效率（設(shè)計的評估值）Vinmin最小的輸入電壓2為經(jīng)驗值，在實際應(yīng)用中，保險管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。0.98功率因數(shù)值（PF）保險管的參數(shù)計算方法0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值關(guān)于功率因數(shù)大部分用電設(shè)備，其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所以電網(wǎng)中會有許多家用電器、工業(yè)電子設(shè)備等非線性負(fù)載，這些用電器在使用過程中會使電網(wǎng)產(chǎn)生諧波電壓和電流。沒有采取功率因數(shù)校正技術(shù)的AC-DC整流電路，輸入電流波形呈尖脈沖狀。交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)只有0.5~0.7，電流的總諧波畸變（THD）很大，可超過100%。采用功率因數(shù)校正技術(shù)后，功率因數(shù)值為0.999時，THD約為3%。為了防止電網(wǎng)的諧波污染，或限制電子設(shè)備向電網(wǎng)發(fā)射諧波電流，國際上已經(jīng)制定了許多電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE519、IEC1000-3-2等。相關(guān)知識關(guān)于功率因數(shù)大部分用電設(shè)備，其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所關(guān)于功率因數(shù)功率因數(shù)的校正(PFC)主要有兩種方法：無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。無源功率因數(shù)校正利用線性電感器和電容器組成濾波器來提高功率因數(shù)、降低諧波分量。這種方法簡單、經(jīng)濟，在小功率中可以取得好的效果。但是，在較大功率的供電電源中，大量的能量必須被這種濾波器儲存和管理，因此需要大電感器和電容器，這樣體積和重量就比較大也不太經(jīng)濟，而且功率因數(shù)的提高和諧波的抑制也不能達(dá)到理想的效果。有源功率因數(shù)校正是使用所謂的有源電流控制功率因數(shù)的校正方法，可以迫使輸入電流跟隨供電的正弦電壓變化。這種功率因數(shù)校正有體積小、重量輕、功率因數(shù)可接近1等優(yōu)點。相關(guān)知識關(guān)于功率因數(shù)功率因數(shù)的校正(PFC)主要有兩種方法：無源功率NTC電阻的作用NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻，是以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。電阻值隨溫度升高而降低且呈現(xiàn)非線性變化。利用這一特性，在電路的輸入端串聯(lián)一個負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻增加線路的阻抗，這樣可以有效的抑制電路開機時產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時，由于線路中的持續(xù)工作電流引起NTC發(fā)熱，使得電阻器的電阻值變得很小，對線路的影響可以完全忽略。NTC電阻的作用NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻，是以氧化錳等為主要公式中：1.Rt是熱敏電阻在T1溫度下的阻值；2.Rn是熱敏電阻在常溫Tn下的標(biāo)稱阻值；3.B是材質(zhì)參數(shù)(常用范圍2000K~6000K)；4.exp是以自然數(shù)e為底的指數(shù)（e=2.71828）；5.T1和Tn為絕對溫度K（即開爾文溫度），K度=273.15(絕對溫度)+攝氏度；NTC的選擇依據(jù)公式中：NTC的選擇依據(jù)壓敏電阻的作用壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間時，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。主要作用：過電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等。主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管（瞬間抑制二極管）稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護(hù)，其響應(yīng)速度可以滿足電路要求。壓敏電阻的作用壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非選取壓敏電阻的方法壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護(hù)時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。a為電路電壓波動系數(shù)，一般取值1.2；Vrms為交流輸入電壓有效值；b為壓敏電阻誤差，一般取值0.85；C為元件的老化系數(shù)，一般取值0.9；√2為交流狀態(tài)下要考慮峰峰值；V1mA為壓敏電阻電壓實際取值近似值；通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過±10％時的最大脈沖電流值。選取壓敏電阻的方法壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能選取壓敏電阻的方法結(jié)合前面所述，來看一下本電路中壓敏電阻的型號所對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。選取壓敏電阻的方法結(jié)合前面所述，來看一下本電路中壓敏電阻的型EMI電路X電容，共模電感（也叫共模扼流圈），Y電容根據(jù)IEC60384-14,安規(guī)電容器分為X電容及Y電容:1.X電容是指跨與L-N之間的電容器,2.Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器.

EMI電路X電容，共模電感（也叫共模扼流圈），Y電容安規(guī)電容之--X電容X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容。這種類型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。X電容容值選取是μF級，此時必須在X電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻,用于防止電源線拔掉時,由于該電容被充電荷沒泄放而致電源線插頭長時間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)正在工作之中的機器電源線被拔掉時,在兩秒鐘內(nèi),電源線插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來額定工作電壓的30%。作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。X電容一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和耐壓AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V以上,使用的時候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V或者DC400V之類的普通電容來代用。安規(guī)電容之--X電容X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類安規(guī)電容之--X電容X電容主要用來抑制差模干擾安全等級峰值脈沖電壓等級（IEC664）X1>2.5kV≤4.0kVⅢX2≤2.5kVⅡX3≤1.2kV——

X電容沒有具體的計算公式，前期選擇都是依據(jù)經(jīng)驗值，后期在實際測試中，根據(jù)測試結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。經(jīng)驗：若電路采用兩級EMI，則前級選擇0.47uF,后級采用0.1uF電容。若為單級EMI，則選擇0.47uF電容。（電容的容量大小跟電源功率沒有直接關(guān)系）安規(guī)電容之--X電容X電容主要用來抑制差模干擾安規(guī)電容之--Y電容單相交流電源輸入分為3個端子：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間以及在零線和地線之間并接的電容,這兩個Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,必須要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn),以防引起電子設(shè)備漏電或機殼帶電,容易危及人身安全及生命。它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。Y電容主要用于抑制共模干擾Y電容的存在使得開關(guān)電源有一項漏電流的電性能指標(biāo)。工作在亞熱帶的機器,要求對地漏電電流不能超過0.7mA;工作在溫帶的機器,要求對地漏電電流不能超過0.35mA。因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700PF（472）。安規(guī)電容之--Y電容單相交流電源輸入分為3個端子：火線（L）Y電容的作用及取值經(jīng)驗Y電容底下又分為Y1,Y2,Y3，Y4,主要差別在于:

1.Y1耐高壓大于8kV,屬于雙重絕緣或加強絕緣|額定電壓范圍≥250V2.Y2耐高壓大于5kV,屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V≤250V3.Y3耐高壓≥2.5KV≤5KV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V≤250V4.Y4耐高壓大于2.5kV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍<150VJB151中規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1μF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對保護(hù)人身安全具有重要意義。

Y電容的作用及取值經(jīng)驗共模電感的作用共模電感有A和B兩個電感線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制方向相反)。當(dāng)電路中的正常電流（差模電流）流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中會產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)；當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外發(fā)射，達(dá)到濾波的目的。共模電感的作用共模電感有A和B兩個電感線圈繞在同一鐵芯上，匝共模電感的設(shè)計第一步：確定客戶的規(guī)格要求，EMI允許級別第二步：電感值的確定第三步：core（磁芯）材質(zhì)及規(guī)格確定第四步：繞組匝數(shù)及線徑的確定第五步：打樣第六步：測試共模電感實物圖共模電感中差模磁場示意圖共模電感的設(shè)計第一步：確定客戶的規(guī)格要求，EMI允許級共模電感的設(shè)計EMI等級:FccClassB

已知條件：C2=C7=3300pFEMI測試頻率：傳導(dǎo)150KHz~30MHz。EMC測試頻率:30MHz~3GHz。實際的濾波器無法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線，通?？蓪⒔刂诡l率設(shè)定在50KHz左右。在此，假設(shè)Fo=50KHz。則共模電感的設(shè)計EMI等級:FccClassB

共模磁芯的選擇以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的截止頻率，則可進(jìn)一步加大電感量，截止頻率一般不低于10KHz。理論上電感量越高對EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率將的更低，而實際的濾波器只能做到一定的帶寬，也就使高頻雜訊的抑制效果變差（一般開關(guān)電源的雜訊成分約為5~10MHz之間）。另外，感量越高，則繞線匝數(shù)越多，就要求磁芯的ui值越高，如此將造成低頻阻抗增加。此外，匝數(shù)的增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)過匝間電容流通，造成電感發(fā)熱。過高的ui值使磁芯極易飽和，同時在生產(chǎn)上，制作比較困難，成本較高。共模磁芯的選擇以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的共模磁芯的選擇從前述設(shè)計要求中可知，共模電感器要不易飽和，如此就需要選擇低B-H（磁芯損耗與飽和磁通密度）溫度特性的材料，因需要較高的電感量，磁芯的μi值也就要高，同時還必須有較低的磁芯損耗和較高的BS（飽和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材質(zhì)，目前以鐵氧體材質(zhì)最為合適，磁芯大小在設(shè)計時并沒有一定的規(guī)定，原則上只要符合所需要的電感量，且在允許的低頻損耗范圍內(nèi)，所設(shè)計的產(chǎn)品體積最小化。因此，磁芯材質(zhì)及大小選取應(yīng)以成本、允許損耗、安裝空間等做參考。共模電感常用磁芯的μi約在2000~10000之間。共模磁芯的選擇從前述設(shè)計要求中可知，共模電感器要不易飽和，如共模電感圈數(shù)的計算在本電路中，我們選用的磁芯型號為TDKUU9.8磁芯材質(zhì)PC40μi值2300AL值500nH/N^2共模電感圈數(shù)的計算在本電路中，我們選用的磁芯型號為共模電感線徑的計算J為無強制散熱情況下每平方毫米所通過的電流值，若有強制散熱可選擇6A。Iin_avg輸入電流平均值2為常數(shù)共模電感線徑的計算J為無強制散熱情況下每平方毫米所通過的電流整流橋（橋堆）的計算整流橋的耐壓選擇整流橋的耐電流選擇5為輸入電流有效值的倍數(shù)，經(jīng)驗值。所選整流橋的正向管壓降所選整流橋的功率損耗計算整流橋（橋堆）的計算整流橋的耐壓選擇整流橋的耐電流選擇5為輸BUCK電容容值的計算BUCK電容容值的計算高壓啟動與RCD箝位電路紅線圈起的電阻為IC的高壓啟動電阻，電阻阻值的選擇由IC特性決定。藍(lán)線圈起的部分為RCD箝位電路(也稱為關(guān)斷緩沖電路)。此部分電路主要用于限制MOS關(guān)斷時高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓和次級線圈反射電壓的疊加，疊加的電壓產(chǎn)生在MOS管由飽和轉(zhuǎn)向關(guān)斷的過程中，漏感中的能量通過D向C充電，C上的電壓可能沖到反電動勢與漏感電壓的疊加值，即：Vrest+ΔVpp。C的作用則是將該部分的能量吸收掉，其容量由下式?jīng)Q定：C=（Le×Isc2）/（Vrest+ΔVpp）2-Vrest2這里的，Le：漏感，單端反激一般為40~100uH，低于40uH可不考慮，一般取50uH計算；Vrest：反電動勢；2*n*VoutΔVpp：漏感電動勢的峰值；8%*VrestIsc：短路保護(hù)時變壓器初級線圈流過的最大電流。Ipk^2高壓啟動與RCD箝位電路紅線圈起的電阻為IC的高壓啟動電阻RCD電路電阻、二極管的計算電阻R：在變壓器下半周期由截至變?yōu)閷?dǎo)通時，C上的能量經(jīng)R來釋放，直到C上的電壓將到下次MOS管關(guān)斷之前的反電動勢Vrest，在放電的過程中，漏感電動勢ΔVpp是不變的，通過放電常數(shù)R、C和變壓器關(guān)斷時間的關(guān)系，可以求得R的值，可以按周期T的63%計算：R×C=0.63T×（Vrest+ΔVpp）/ΔVpp注釋：T=1/ff：為變壓器的工作頻率。R=0.63（Vrest+ΔVpp）/（ΔVpp×f×C）其功耗為：P=Le×Isc2×f/2由于D和C上都有能量消耗，而且放電時間可能要短，所以該電阻的實際功耗可按計算值的一半考慮。P（實際）=P（計算值）/2關(guān)于D的取值耐壓值要超過疊加值的10%。電流要大于輸入電流平均值的10%同行工程師經(jīng)驗總結(jié)：1.D要選慢速的，對EMI好；2.電容選的越大，電壓尖峰越小，也就是RCD吸收的漏感能量越大；3.R應(yīng)該取值較小才好，R越小，電容放電越快，下個周期時就能吸收更多的能量。4.C選大，R選小，吸收能力較強，且震蕩的周期變長，也就是頻率降低，EMI較好，但損耗也會較大，故要折中選取。RCD電路電阻、二極管的計算電阻R：同行工程師經(jīng)驗總結(jié)：相關(guān)知識什么是漏感？同一個磁體上兩個有互感的線圈N1、N2，N1線圈上流過的電流I1產(chǎn)生的磁通￠11分為兩部分，一部分是匝鏈N1、N2兩個線圈的互感磁通，另一部分只與N1（激勵線圈）線圈匝鏈，不與N2線圈匝鏈的漏磁通￠1S。對應(yīng)漏磁通產(chǎn)生的感量，稱之為漏感。漏感，是一種實際存在的物理參數(shù)，而不是一種叫做電感的物體。影響漏感大小的因素：漏感的產(chǎn)生跟線圈間耦合的緊密程度、線圈的繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)的性能等有關(guān)。漏感的作用：漏感會限制開關(guān)管開通時的電流上升速度，有降低開通損耗的效果。但沒有降低導(dǎo)通損耗的效果。關(guān)斷的時候，漏感反而是不利影響。電流由于漏感的存在，下降會變慢，關(guān)斷損耗會變大。開通瞬間，由于漏感存在，電流的上升速度降低，漏感呈現(xiàn)的是阻抗形式。電流是從零開始上升的，瞬間電流為零，就形成很大阻抗。注：漏感不參與能量的傳遞，是變壓器的寄生參數(shù)，應(yīng)當(dāng)越小越好。相關(guān)知識什么是漏感？PWMIC功能介紹R11為IC工作頻率調(diào)整電阻。D2為輔助繞組供電整流二極管，R14為限流電阻，C5為低頻濾波電容，C11為高頻濾波電容，R3為過功電阻，R8為驅(qū)動電阻，R12MOS開機保護(hù)電阻，C12為旁路電容，U3-B為光耦反饋端。500V高壓啟動電路電流控制模式VCC具有過壓保護(hù)功能具備過載保護(hù)功能500mA驅(qū)動能力可調(diào)開關(guān)頻率內(nèi)置諧波補償電路PWMIC功能介紹R11為IC工作頻率調(diào)整電阻。500VMOS管（開關(guān)管）的選擇MOS管的耐壓選擇：Vdss=2*VdcmaxDS極間耐壓要是兩倍的直流輸入最大電壓MOS管的耐電流選擇：Idrms=Iout*[1.2(Po/Vdcmin)/1-Dmax]Idrms:MOS所通過的電流有效值Iout:輸出電流Po:輸出功率Vdcmin:最小輸入直流電壓值Dmax：最大占空比MOS的導(dǎo)通損耗計算Psw=Idrms^2*Rds有效電流值的平方乘上MOS內(nèi)阻MOS管（開關(guān)管）的選擇MOS管的耐壓選擇：變壓器的簡單設(shè)計首先確定已知參數(shù)：1）開關(guān)頻率：Fsw；2）變壓器的效率：η；3）最大占空比：Dmax；4）輸入電壓范圍：Vinmin,Vinmax5）輸出電壓Vout6）輸出電流Iout7）K=0.4(DCM=1,CCM=0.3~0.5)；8）輸出二極管管壓降Vf9）輔助繞組電壓Vb10）輔助繞組二極管管壓降Vfb

變壓器的簡單設(shè)計首先確定已知參數(shù)：設(shè)計步驟一輸入功率Pin=(Vout*Iout)/η輸入電流平均值Iin_avg=Pin/(√2*Vinmin*Dmax)初級電感量Lp=(√2*Vinmin*Dmax)^2/2*Pin*Fsw*K紋波電流⊿I=√2*Vinmin*Dmax/Lp*Fsw設(shè)計步驟一輸入功率Pin=(Vout*Iout)/η設(shè)計步驟二再確認(rèn)參數(shù)根據(jù)設(shè)計功率和結(jié)構(gòu)空間選擇磁芯選好磁芯確定磁芯材質(zhì)選出ui值確定材質(zhì)找出相對溫度的Bs(飽和磁通密度)一般選擇60°相對的Bs.找出Ae（磁芯實際截面面積）、Acw（磁芯總卷線截面面積）、Ve（磁芯實效體積）值設(shè)計步驟二再確認(rèn)參數(shù)設(shè)計步驟三計算輸入電流峰值Ipk=(Iin_avg*⊿I/2)*1.2計算AP值A(chǔ)P=Ae*Acw計算初級圈數(shù)確認(rèn)選擇NP1=(√2*Vinmin*Dmax)/ui*Fsw*AeNP2=LP*Ipk/Bs*AeNP=|NP1ifNP1>NP2|NP2otherwise匝比的計算n=[Dmax/(1-Dmax)]/Vout+Vf次級線圈的計算NS=NP/n輔助繞組線圈的計算Nfb=(Vf+Vfb/Vout+Vf)*NS反推驗證DmaxDmax=[n*(Vout+Vf)]/[√2*Vinmin+n*(Vout+Vf)]氣隙的計算Lg=4*3.14*10^-7*NP^2*Ae/Lp設(shè)計步驟三計算輸入電流峰值Ipk=(Iin_avg*⊿I/2為什么要開氣隙？反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，因而變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和因此要加入氣隙。防止磁芯飽和不僅只有開氣隙一種方法，另外一種是增加磁心的體積；不過通常設(shè)計時空間已經(jīng)限制了磁芯的大小，所以實際設(shè)計中開氣隙的方法應(yīng)用的比較多；這兩種方法都可以使磁心的磁滯回線變得“扁平”，這樣對于相同的直流偏壓，就降低了工作磁通的密度。關(guān)于反激變壓器的氣隙為什么要開氣隙？關(guān)于反激變壓器的氣隙變壓器的線徑選擇變壓器的線徑計算是有規(guī)定的，特別是反激式電源變壓器更應(yīng)該注意？自然冷卻時j=1.5~4A/mm2，強迫冷風(fēng)時3~5A/mm2。在不同的頻率下選取d也是不同的，在200KHz以下時，一般為4~5A/mm2，在200KHz以上時，一般為2~3A/mm2。變壓器的線徑選擇變壓器的線徑計算是有規(guī)定的，特別是反激式變壓器的繞制方法為了減少漏感，目前最好的、工藝最簡單的繞制方法是初次級交錯繞法也就是大家常說的三明治繞法。變壓器的繞制方法為了減少漏感，目前最好的、工藝最簡單的繞制方變壓器檔案的制作要求舉例說明變壓器檔案變壓器檔案的制作要求舉例說明下次培訓(xùn)講--次級側(cè)部分謝謝！下次培訓(xùn)講--次級側(cè)部分謝謝！電子科技大學(xué)楊忠孝反激式開關(guān)電源設(shè)計詳解（下）電子科技大學(xué)反激式開關(guān)電源設(shè)計詳解（下）開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類10W以內(nèi)常用RCC(自激振蕩)拓?fù)浞绞?0W-100W以內(nèi)常用反激式拓?fù)洌?5W以上電源有PF值要求）100W-300W正激、雙管反激、準(zhǔn)諧振300W-500W準(zhǔn)諧振、雙管正激、半橋等500W-2000W雙管正激、半橋、全橋2000W以上全橋開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類10W以內(nèi)常用RCC(自激振蕩)拓?fù)浞椒醇ら_關(guān)電源特點在開關(guān)電源市場中,400W以下的電源大約占了市場的70-80%,而其中反激式電源又占大部分,幾乎常見的消費類產(chǎn)品全是反激式電源。

優(yōu)點：成本低,外圍元件少，低耗能，適用于寬電壓范圍輸入,可多組輸出.

缺點：輸出紋波比較大。(輸出加低內(nèi)阻濾波電容或加LC噪聲濾波器可以改善)今天以自行車充電器為例，詳細(xì)講解反激開關(guān)電源的設(shè)計流程及元器件的選擇方法。反激開關(guān)電源特點在開關(guān)電源市場中,400W以下的電源大約占了隔離開關(guān)電源框架結(jié)構(gòu)圖EMI整流濾波變壓器次級整流濾波開關(guān)器件PWM控制IC隔離器件采樣反饋輸出高壓區(qū)域低壓區(qū)域隔離開關(guān)電源框架結(jié)構(gòu)圖EMI整流濾波變壓器次級整流濾波開關(guān)器電源電路原理圖電源電路原理圖初級側(cè)部分初級側(cè)部分第一個安規(guī)元件—保險管作用：安全防護(hù)。在電源出現(xiàn)異常時，保護(hù)核心器件不受到損壞。技術(shù)參數(shù)：額定電壓V、額定電流I、熔斷時間I^2RT。分類：快斷、慢斷、常規(guī)第一個安規(guī)元件—保險管作用：保險管的參數(shù)計算方法0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值Po輸出功率η效率（設(shè)計的評估值）Vinmin最小的輸入電壓2為經(jīng)驗值，在實際應(yīng)用中，保險管的取值范圍是理論值的1.5~3倍。0.98功率因數(shù)值（PF）保險管的參數(shù)計算方法0.6為不帶功率因數(shù)校正的功率因數(shù)估值關(guān)于功率因數(shù)大部分用電設(shè)備，其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所以電網(wǎng)中會有許多家用電器、工業(yè)電子設(shè)備等非線性負(fù)載，這些用電器在使用過程中會使電網(wǎng)產(chǎn)生諧波電壓和電流。沒有采取功率因數(shù)校正技術(shù)的AC-DC整流電路，輸入電流波形呈尖脈沖狀。交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)只有0.5~0.7，電流的總諧波畸變（THD）很大，可超過100%。采用功率因數(shù)校正技術(shù)后，功率因數(shù)值為0.999時，THD約為3%。為了防止電網(wǎng)的諧波污染，或限制電子設(shè)備向電網(wǎng)發(fā)射諧波電流，國際上已經(jīng)制定了許多電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE519、IEC1000-3-2等。相關(guān)知識關(guān)于功率因數(shù)大部分用電設(shè)備，其工作電壓直接取自交流電網(wǎng)。所關(guān)于功率因數(shù)功率因數(shù)的校正(PFC)主要有兩種方法：無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正。無源功率因數(shù)校正利用線性電感器和電容器組成濾波器來提高功率因數(shù)、降低諧波分量。這種方法簡單、經(jīng)濟，在小功率中可以取得好的效果。但是，在較大功率的供電電源中，大量的能量必須被這種濾波器儲存和管理，因此需要大電感器和電容器，這樣體積和重量就比較大也不太經(jīng)濟，而且功率因數(shù)的提高和諧波的抑制也不能達(dá)到理想的效果。有源功率因數(shù)校正是使用所謂的有源電流控制功率因數(shù)的校正方法，可以迫使輸入電流跟隨供電的正弦電壓變化。這種功率因數(shù)校正有體積小、重量輕、功率因數(shù)可接近1等優(yōu)點。相關(guān)知識關(guān)于功率因數(shù)功率因數(shù)的校正(PFC)主要有兩種方法：無源功率NTC電阻的作用NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻，是以氧化錳等為主要原料制造的精細(xì)半導(dǎo)體電子陶瓷元件。電阻值隨溫度升高而降低且呈現(xiàn)非線性變化。利用這一特性，在電路的輸入端串聯(lián)一個負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻增加線路的阻抗，這樣可以有效的抑制電路開機時產(chǎn)生的浪涌電壓形成的浪涌電流。當(dāng)電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時，由于線路中的持續(xù)工作電流引起NTC發(fā)熱，使得電阻器的電阻值變得很小，對線路的影響可以完全忽略。NTC電阻的作用NTC（負(fù)溫度系數(shù)）電阻，是以氧化錳等為主要公式中：1.Rt是熱敏電阻在T1溫度下的阻值；2.Rn是熱敏電阻在常溫Tn下的標(biāo)稱阻值；3.B是材質(zhì)參數(shù)(常用范圍2000K~6000K)；4.exp是以自然數(shù)e為底的指數(shù)（e=2.71828）；5.T1和Tn為絕對溫度K（即開爾文溫度），K度=273.15(絕對溫度)+攝氏度；NTC的選擇依據(jù)公式中：NTC的選擇依據(jù)壓敏電阻的作用壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩極間時，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護(hù)。主要作用：過電壓保護(hù)、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護(hù)半導(dǎo)體元器件等。主要參數(shù)有：壓敏電壓、通流容量、結(jié)電容、響應(yīng)時間等。壓敏電阻的響應(yīng)時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管（瞬間抑制二極管）稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護(hù)，其響應(yīng)速度可以滿足電路要求。壓敏電阻的作用壓敏電阻是一種限壓型保護(hù)器件。利用壓敏電阻的非選取壓敏電阻的方法壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護(hù)時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。a為電路電壓波動系數(shù)，一般取值1.2；Vrms為交流輸入電壓有效值；b為壓敏電阻誤差，一般取值0.85；C為元件的老化系數(shù)，一般取值0.9；√2為交流狀態(tài)下要考慮峰峰值；V1mA為壓敏電阻電壓實際取值近似值；通流容量，即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過±10％時的最大脈沖電流值。選取壓敏電阻的方法壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能選取壓敏電阻的方法結(jié)合前面所述，來看一下本電路中壓敏電阻的型號所對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)。選取壓敏電阻的方法結(jié)合前面所述，來看一下本電路中壓敏電阻的型EMI電路X電容，共模電感（也叫共模扼流圈），Y電容根據(jù)IEC60384-14,安規(guī)電容器分為X電容及Y電容:1.X電容是指跨與L-N之間的電容器,2.Y電容是指跨與L-G/N-G之間的電容器.

EMI電路X電容，共模電感（也叫共模扼流圈），Y電容安規(guī)電容之--X電容X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容。這種類型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。X電容容值選取是μF級，此時必須在X電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻,用于防止電源線拔掉時,由于該電容被充電荷沒泄放而致電源線插頭長時間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)正在工作之中的機器電源線被拔掉時,在兩秒鐘內(nèi),電源線插頭兩端帶電的電壓(或?qū)Φ仉娢?必須小于原來額定工作電壓的30%。作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。X電容一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和耐壓AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達(dá)2000V以上,使用的時候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V或者DC400V之類的普通電容來代用。安規(guī)電容之--X電容X電容多選用耐紋波電流比較大的聚脂薄膜類安規(guī)電容之--X電容X電容主要用來抑制差模干擾安全等級峰值脈沖電壓等級（IEC664）X1>2.5kV≤4.0kVⅢX2≤2.5kVⅡX3≤1.2kV——

X電容沒有具體的計算公式，前期選擇都是依據(jù)經(jīng)驗值，后期在實際測試中，根據(jù)測試結(jié)果做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。經(jīng)驗：若電路采用兩級EMI，則前級選擇0.47uF,后級采用0.1uF電容。若為單級EMI，則選擇0.47uF電容。（電容的容量大小跟電源功率沒有直接關(guān)系）安規(guī)電容之--X電容X電容主要用來抑制差模干擾安規(guī)電容之--Y電容單相交流電源輸入分為3個端子：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間以及在零線和地線之間并接的電容,這兩個Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,必須要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn),以防引起電子設(shè)備漏電或機殼帶電,容易危及人身安全及生命。它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。Y電容主要用于抑制共模干擾Y電容的存在使得開關(guān)電源有一項漏電流的電性能指標(biāo)。工作在亞熱帶的機器,要求對地漏電電流不能超過0.7mA;工作在溫帶的機器,要求對地漏電電流不能超過0.35mA。因此,Y電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700PF（472）。安規(guī)電容之--Y電容單相交流電源輸入分為3個端子：火線（L）Y電容的作用及取值經(jīng)驗Y電容底下又分為Y1,Y2,Y3，Y4,主要差別在于:

1.Y1耐高壓大于8kV,屬于雙重絕緣或加強絕緣|額定電壓范圍≥250V2.Y2耐高壓大于5kV,屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V≤250V3.Y3耐高壓≥2.5KV≤5KV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍≥150V≤250V4.Y4耐高壓大于2.5kV屬于基本絕緣或附加絕緣|額定電壓范圍<150VJB151中規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1μF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對保護(hù)人身安全具有重要意義。

Y電容的作用及取值經(jīng)驗共模電感的作用共模電感有A和B兩個電感線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制方向相反)。當(dāng)電路中的正常電流（差模電流）流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中會產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)；當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外發(fā)射，達(dá)到濾波的目的。共模電感的作用共模電感有A和B兩個電感線圈繞在同一鐵芯上，匝共模電感的設(shè)計第一步：確定客戶的規(guī)格要求，EMI允許級別第二步：電感值的確定第三步：core（磁芯）材質(zhì)及規(guī)格確定第四步：繞組匝數(shù)及線徑的確定第五步：打樣第六步：測試共模電感實物圖共模電感中差模磁場示意圖共模電感的設(shè)計第一步：確定客戶的規(guī)格要求，EMI允許級共模電感的設(shè)計EMI等級:FccClassB

已知條件：C2=C7=3300pFEMI測試頻率：傳導(dǎo)150KHz~30MHz。EMC測試頻率:30MHz~3GHz。實際的濾波器無法達(dá)到理想濾波器那樣陡峭的阻抗曲線，通?？蓪⒔刂诡l率設(shè)定在50KHz左右。在此，假設(shè)Fo=50KHz。則共模電感的設(shè)計EMI等級:FccClassB

共模磁芯的選擇以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的截止頻率，則可進(jìn)一步加大電感量，截止頻率一般不低于10KHz。理論上電感量越高對EMI抑制效果越好，但過高的電感將使截止頻率將的更低，而實際的濾波器只能做到一定的帶寬，也就使高頻雜訊的抑制效果變差（一般開關(guān)電源的雜訊成分約為5~10MHz之間）。另外，感量越高，則繞線匝數(shù)越多，就要求磁芯的ui值越高，如此將造成低頻阻抗增加。此外，匝數(shù)的增加使分布電容也隨之增大，使高頻電流全部經(jīng)過匝間電容流通，造成電感發(fā)熱。過高的ui值使磁芯極易飽和，同時在生產(chǎn)上，制作比較困難，成本較高。共模磁芯的選擇以上，得出的是理論要求的電感值，若想獲得更低的共模磁芯的選擇從前述設(shè)計要求中可知，共模電感器要不易飽和，如此就需要選擇低B-H（磁芯損耗與飽和磁通密度）溫度特性的材料，因需要較高的電感量，磁芯的μi值也就要高，同時還必須有較低的磁芯損耗和較高的BS（飽和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材質(zhì)，目前以鐵氧體材質(zhì)最為合適，磁芯大小在設(shè)計時并沒有一定的規(guī)定，原則上只要符合所需要的電感量，且在允許的低頻損耗范圍內(nèi)，所設(shè)計的產(chǎn)品體積最小化。因此，磁芯材質(zhì)及大小選取應(yīng)以成本、允許損耗、安裝空間等做參考。共模電感常用磁芯的μi約在2000~10000之間。共模磁芯的選擇從前述設(shè)計要求中可知，共模電感器要不易飽和，如共模電感圈數(shù)的計算在本電路中，我們選用的磁芯型號為TDKUU9.8磁芯材質(zhì)PC40μi值2300AL值500nH/N^2共模電感圈數(shù)的計算在本電路中，我們選用的磁芯型號為共模電感線徑的計算J為無強制散熱情況下每平方毫米所通過的電流值，若有強制散熱可選擇6A。Iin_avg輸入電流平均值2為常數(shù)共模電感線徑的計算J為無強制散熱情況下每平方毫米所通過的電流整流橋（橋堆）的計算整流橋的耐壓選擇整流橋的耐電流選擇5為輸入電流有效值的倍數(shù)，經(jīng)驗值。所選整流橋的正向管壓降所選整流橋的功率損耗計算整流橋（橋堆）的計算整流橋的耐壓選擇整流橋的耐電流選擇5為輸BUCK電容容值的計算BUCK電容容值的計算高壓啟動與RCD箝位電路紅線圈起的電阻為IC的高壓啟動電阻，電阻阻值的選擇由IC特性決定。藍(lán)線圈起的部分為RCD箝位電路(也稱為關(guān)斷緩沖電路)。此部分電路主要用于限制MOS關(guān)斷時高頻變壓器漏感的能量引起的尖峰電壓和次級線圈反射電壓的疊加，疊加的電壓產(chǎn)生在MOS管由飽和轉(zhuǎn)向關(guān)斷的過程中，漏感中的能量通過D向C充電，C上的電壓可能沖到反電動勢與漏感電壓的疊加值，即：Vrest+ΔVpp。C的作用則是將該部分的能量吸收掉，其容量由下式?jīng)Q定：C=（Le×Isc2）/（Vrest+ΔVpp）2-Vrest2這里的，Le：漏感，單端反激一般為40~100uH，低于40uH可不考慮，一般取50uH計算；Vrest：反電動勢；2*n*VoutΔVpp：漏感電動勢的峰值；8%*VrestIsc：短路保護(hù)時變壓器初級線圈流過的最大電流。Ipk^2高壓啟動與RCD箝位電路紅線圈起的電阻為IC的高壓啟動電阻RCD電路電阻、二極管的計算電阻R：在變壓器下半周期由截至變?yōu)閷?dǎo)通時，C上的能量經(jīng)R來釋放，直到C上的電壓將到下次MOS管關(guān)斷之前的反電動勢Vrest，在放電的過程中，漏感電動勢ΔVpp是不變的，通過放電常數(shù)R、C和變壓器關(guān)斷時間的關(guān)系，可以求得R的值，可以按周期T的63%計算：R×C=0.63T×（Vrest+ΔVpp）/ΔVpp注釋：T=1/ff：為變壓器的工作頻率。R=0.63（Vrest+ΔVpp）/（ΔVpp×f×C）其功耗為：P=Le×Isc2×f/2由于D和C上都有能量消耗，而且放電時間可能要短，所以該電阻的實際功耗可按計算值的一半考慮。P（實際）=P（計算值）/2關(guān)于D的取值耐壓值要超過疊加值的10%。電流要大于輸入電流平均值的10%同行工程師經(jīng)驗總結(jié)：1.D要選慢速的，對EMI好；2.電容選的越大，電壓尖峰越小，也就是RCD吸收的漏感能量越大；3.R應(yīng)該取值較小才好，R越小，電容放電越快，下個周期時就能吸收更多的能量。4.C選大，R選小，吸收能力較強，且震蕩的周期變長，也就是頻率降低，EMI較好，但損耗也會較大，故要折中選取。RCD電路電阻、二極管的計算電阻R：同行工程師經(jīng)驗總結(jié)：相關(guān)知識什么是漏感？同一個磁體上兩個有互感的線圈N1、N2，N1線圈上流過的電流I1產(chǎn)生的磁通￠11分為兩部分，一部分是匝鏈N1、N2兩個線圈的互感磁通，另一部分只與N1（激勵線圈）線圈匝鏈，不與N2線圈匝鏈的漏磁通￠1S。對應(yīng)漏磁通產(chǎn)生的感量，稱之為漏感。漏感，是一種實際存在的物理參數(shù)，而不是一種叫做電感的物體。影響漏感大小的因素：漏感的產(chǎn)生跟線圈間耦合的緊密程度、線圈的繞制工藝、磁路的幾何形狀、磁介質(zhì)的性能等有關(guān)。漏感的作用：漏感會限制開關(guān)管開通時的電流上升速度，有降低開通損耗的效果。但沒有降低導(dǎo)通損耗的效果。關(guān)斷的時候，漏感反而是不利影響。電流由于漏感的存在，下降會變慢，關(guān)斷損耗會變大。開通瞬間，由于漏感存在，電流的上升速度降低，漏感呈現(xiàn)的是阻抗形式。電流是從零開始上升的，瞬間電流為零，就形成很大阻抗。注：漏感不參與能量的傳遞，是變壓器的寄生參數(shù)，應(yīng)當(dāng)越小越好。相關(guān)知識什么是漏感？PWMIC功能介紹R11為IC工作頻率調(diào)整電阻。D2為輔助繞組供電整流二極管，R14為限流電阻，C5為低頻濾波電容，C11為高頻濾波電容，R3為過功電阻，R8為驅(qū)動電阻，R12MOS開機保護(hù)電阻，C12為旁路電容，U3-B為光耦反饋端。500V高壓啟動電路電流控制模式VC