一种简单可靠的正激开关电源设计

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设计应用技术
一种简单可靠的正激开关电源设计
彭 洋
（中国空空导弹研究院，河南 洛阳控制器的正激式开关电源转换器。

ADP1074能降低主开关金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor field effect transistor，MOSFET）的电压应可以将同步整流的反馈和时序信号在初级与次级之间传递，ADP1074能够简化电路设计，减少布板面积，增强电路可靠性。

ADP1074；有源钳位；同步整流；正激开关电源
A Simple and Reliable Design of Forward Switching Power Supply
PENG Yang
(China Airborne Missile Academy, Luoyang forward switching power converter integrates an active clamp control circuit internally, which can reduce the voltage stress of the main switch Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET). At the same time, a unique coupler is integrated inside the chip, NMOS
SR 1
SR 2
PMOS
U in
U out
图1 同步整流+有源钳位示意
用MOS 管SR 1和SR 2替代二极管进行整流。

一是MOS 管采用自驱动控制，当输出电压较低时，电路简单可靠，但是当输出电压较高时，需要增加电路限制驱动信号幅度，避免击穿MOS 管。

二是MOS 管采用外部驱动，需要增加控制芯片，芯片输入的时序信号来源又可以分为2种：一种来自初级侧的脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）信号，如LTC 3900芯片，使用变压器绕组将初级信号耦合到次级，再由芯片输出同步整流驱动信号；另一种来自次级侧变压器绕组，如STSR 2芯片，采集变压器绕组
MOS管在次级增加一个绕组，通过绕组取得的信号驱动同步整流
不仅会增加元器件的数量，而且会降低系统的可靠性，使得调试更加困难。

是一款具有电流模式、固定频率、集成有源钳位以及同步整流功能的正激式控制器，专为
电源设计。

亚德诺半导体技术（上海）
1074，以省去在初级侧与次级侧之间传输信号的变压器和光电集成后的隔离器能够降低系统设计的复杂性，
ADP1074
驱动器，可以使电源系统设计更加紧凑，并在重负载工作时具过额定值，导致芯片烧毁。

可选择
管匹配较大耗散功率的三极管，对
2.3 占空比的选择
设计开关电源时，应选择合适的占空比，当分别输入最小电压值和最大电压值时，开关管电压应力一致[6]。

输出电压
式中：t
on
占空比；
当输入最小电压和最大电压时，输出电压应保持不变，关系式为
式中：U
D
min
为最小占空比；
欲使开关管电压应力相等，必须满足如下条件
 2023年8月10日第40卷第15期
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(
)
o e /w P A P JKf ∆B
η
==
A A ×106 （5）
式中：A w 为磁芯的窗口面积；A e 为磁芯的截面积；P o 为变压器的输出功率；η为转换器所期望的效率；J 为电流密度；K 为窗口面积利用系数；f 为变压器的工作频率；ΔB 为磁通密度变化量。

为增加一定的裕度，文章选择ED 32.5型号的磁芯。

初级绕组匝数N P 的计算公式为
inmin max
P e U D N fA B
×＝
∆
（6）
N P 取值为4匝。

变压器初次级匝比公式为
N =N P /N s （7）
将N =1，N P =4代入式（7），得出次级匝数N s
为4匝。

2.5 主开关管的选择
MOS 管的选择原则是MOS 管承受的最大电压和最大电流不超过额定电压与额定电流值。

同时，需要考虑MOS 管的导通速度和导通电阻，导通速度要尽可能快，导通电阻要尽可能小。

转换器正常工作时，流过主开关管NMOS 的最大电流为
o
max inmin P I U η=
（8）
取P o =300 W ，η=0.9，U inmin =17 V ，可得I max 约为
19.6 A 。

根据计算所得参数，可选用BSC 093N 15NS 5型号的主开关管，其最大漏极电流
I Dmax 为87 A ，最大漏源电压U DS 为150 V ，最大导通电阻R DS(on),max 为9.3 mΩ。

2.6 钳位开关管的选择钳位开关管选则P 型MOS 管，其所能承受的最大电压计算公式为
()
max inmin
o max f o
e
inmin max
P
e o
max
inmin
2
inmax PMOS P
in max o S
U U N U U N =
−
（9）
式中：U PMOS 为钳位PMOS 管电压，计算得到U PMOS =54 V 。

流过钳位开关管的电流通常很小，因此在选择开关管时，导通电阻并不是最重要的因素。

相反，栅极电荷的大小才是最需要考虑的因素。

钳位开关管选用IRF 6217型号的P 沟道MOS 管，其栅极电荷为9 nC ，最大漏源电压U DS 为-150 V ，最大导通电阻R DS(on),max 为2.4 Ω，最大漏极电流I Dmax 为-0.7 A 。

3 电路实物和测试结果
文章设计的基于ADP 1074控制器的正激式开关
电源转换器的外围电路十分简单，只要满足初次级供电的要求，就可以顺利输出主开关管、钳位开关管、整流管以及续流管的驱动波形。

根据选用的开关管参数，通过调整死区时间得到稳定的输出电压。

设计的转换器效率曲线如图2所示。

01020304050607080901000
5
10
15
20
25
效率/%负载电流/A
图2 转换器效率曲线
由图2数据可知，基于ADP 1074控制器的正激
式开关电源转换器效率随着电流的增加而升高并趋于稳定，最后效率在90%左右，实际效率较高。

4 结 语
基于PWM 控制器ADP 1074，设计了一种新的转换器，能够在18～36 V 的输入电压下，产生12 V/ 260 W 的输出，并且具有300 kHz 的开关频率。

该转换器的实际效率高达90%，使得电路变得更加简单和小巧，具有较为广泛的应用前景。

参考文献：
[1] 陈 卓，王京梅，刘 宇.多输出反激式开关电源同步整流技术[J].电子科技，2022，35（10）：15-20.
[2] 吴华栋，杨碧石.基于同步整流技术的分析与
研究[J].电子测试，2019（23）：48-49.[3] 刘东立，张逸凡，李欣桐，等.基于同步整流
技术的Buck 变换器研究[J].电动工具，2020 （2）：21-25.
[4] 莫恭防，韩 鹏，玉升灿，等.基于同步整流
技术的高效率恒压恒流电源[J].国外电子测量技术，2021，40（12）：102-107.
[5] 桑 泉，涂俊杰，许育林.单端反激有源钳位
和同步整流技术研究[J].电子器件，2014，37 （6）：1261-1266.[6] 黄 卓，周 涛.同步整流有源钳位正激式
DC/DC 变换器的设计与实现[J].电子元器件与
信息技术，2018，2（6）：80-84.。