开关电源参数计算精

1.原理图
2.技术指标
(1 输入电压:185V AC~240VAC
(2输出电压1：+5VDC,额定电流1A，最小电流750mA ; (3输出电压2:+12VDC, 额定电流1A，最小电流100mA ; (4输出电压3:-12VDC ,额定电流1A，最小电流100mA ; (5输出电压4:+24VDC,额定电流1.5A，最小电流250mA ;
(6输出电压纹波:+5V,±12V :最大100mV (峰峰值；+24V:最大250mV (峰峰值
(7输出精度:+5V,±12V撮大± 5%; +24V:最大± 10%; (8效率:大于80% 3.参数计算(1输出功率：
5V 112V 1224V 1.565
out P A A A W =x + xx +x = (3-1 (2 输入功率：
6581.2580%0.8
out in P W
P W =
==(3-2 (3直流输入电压:采用单相桥式不可控整流电路
(max240VAC 1.414=340VDCin V =x (3-3 (min185VAC 1.414=262VDCin V =x (3-4 (4最大平均电流：
(m a x
(m i n 81. 25
0. 31262in
in in P W I A V V
=(3-5
(5最小平均电流： (min(max 81.250.24340 in in in P W
I A V =
=(3-6 (6峰值电流：
可以采用下面两种方法计算，本文采用式(3-8的方法。

(minmax (min(min225581.251.550.4262out out out Pk C in in in P P P W I I A V D V V V x ==
===x (3-7 min 5.55.581.251.71262out Pk C in P W I I A V V x ==
(3-8 (7 散热:
基于MOSFET的反激式开关电源的经验方法:损耗的35%是由MOSFET产生, 60%是由整流部分产生的。

开关电源的损耗为：
(180%81.25
20%16.25D in P P W W =x-=x = (3-9 MOSFET 损耗为：
35%16.2535%5.69D MOSFET D P P W W -=x = x = (3-10
整流部分损耗:
(5 55(
60%( 16.2560%0.756565D V D W W P P W W W W +=xx =xx = (3-11 (12
12122( 60%2( 16.2560%3.66565D V D W W
P P W W W W ±=xxx =xxx = (3-12
(242 3636( 60%( 16.2560%5.46565D V D W W
P P W W W W
+=xx =xx = (3-13
(8变压器磁芯：
采用天通的EER40/45,饱和磁通密度Bs在25℃时大于500mT ,在100℃时大于390mT。

窗口有效截面积Ae=152.42mm2。

所以，取
max 11
0.390.222
y -34 Ae=152.42mm2 (3-15 (9开关电源频率：
40f khz = (3-16
(10开关电源最大占空比: max 0.4D = (3-17
■DG 软彝铁葡优礴芯期秸与尺寸Sfrtl Ferrite Core 丁也时And Dimeftsions EERWE ER CORE
取电TVPE 时科
FIG.
尺寸BimensKwis £ninn|i
A B C D E F
EE&踞侬139.1i ±0L7佃口土L?1^7±D,3512.7 ±flj52a3*而125±&±生出沏口1S0J±t712,7=*O.a&1P.7A0.3&14.G±D,2 EEM蚓帚1S9.H0.&我芭tg1?.71Q.3612.7 ±0.35坦和询17.0t(1.2 E6R4W^2 240.01 fl J21,3115.8 0的1%Q工口题部I.Hnin15m
EERW5 140.0 ±0.73?.^ = Q,?13,3i0,3£13J±C,3&20L&miri1&4±Q2 TQG 软磁铁家体礴芯款梏与尺寸S。

臂F*阳怡Gore Typ&s a前。

断电踞2g
113 I
EER型正ER CORE
型号图轲尺 d DinieriSifins Mill”
TYPE FIG. A B C D €F EER30«61瑜1±671&0 土Q『212B7±Qr3512.7 ±0-35热输iln1?r5-4Q,2 EER39MU139.1 ±<K719.&±Q r2tZ7±0.351Z.7±0.352^3min.14总士出2 EER39AH139.1 iOS% 2iC2^2 7iO3512.7±0 3S29 3min1T.&i O.S EEFU0M224D.D±0.721.3£fl.215.0i0,3S他。

士005Sfl.Trtiifl1&3■史12 FFRin/451 d.n riTfi?管m ?14/tn 甲i*十门In 2 r^nin n 7
(11初级绕组电感最小值Lpri :
in(minmax
国
pri pk 2620.4
1.531.7140V D V L mH I f
A KHz x =
=x (3-18
在每个开关管导通的每个周期中，存储在磁芯的能量为：
2stored pri pk 1E L I 2
(3-19要验证变压器最大连续输出功率能否满足负载所需的最大功率,可以使用下式：
2 in(corepri pk out 1P L I f P 2
> (3-20 (12 气隙：
为了防止饱和所要加的气隙： 2
pri pk
gap 2e max
0.4L I l A B
n=
(3-21
max B :单位为特斯拉T ; gap l :单位是厘米;pri L :单位为H ; pk I :单位为A ;
e A :单位为cm 2; 2
32pri pk
gap 222
e max
0.40.41.53101.710.092166152.42100.2
L I l cm A B nn-- xxx =
=xx (13初级绕组匝数：
4pri pk pri e max
(LI 10N A B =
(3-22
max B :单位为特斯拉T ; pri L :单位为H ;
pk I :单位为A ;
e A :单位为cm 2;
434pri pk pri 2 e max
(LI 101.53101.7110N 85.82586A B 152.42100.2
--XXX ==«xx (14 +5VDC 次级绕组匝数：
pri out(nfwd(nmax out(nin(minmax
N (VV (1
N V D D +-=
(3-23
fwd V V V二十整流二极管正向降波感正向降滤电压(3-24
out(nN是第n个次级绕组的匝数;out(nV是第n个次级绕组的输出电压; fwd(nV是第n个次级绕组的输出整流器的电压降;
掳波网络
VD1
pri out(nfwd(nmax out(+5Vin(minmax
N (VV (1
86(51 (10.4
N 3V 2620.4
D D +■- x + x -=
=x
(15 +12VDC次级绕组匝数：
pri out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmax
N (VV (1
86(121 (10.4
N 6.47V 2620.4
D D +■- x + x -=
一〜W 一〜x
(16 -12VDC次级绕组匝数：
pri out(nfwd(nmax out(+12Vin(minmax N (VV (1
86(121 (10.4
N 6.47V 2620.4
D D +-x + x -==
一〜W 一〜x
(17 +24VDC次级绕组匝数：
pri out(nfwd(nmax out(+24Vin(minmax N (VV (1
86(241 (10.4
N 12.313V 2620.4
D D +■- x + x -=
(18自馈绕组匝数：
(a UC3842
VON=16V, VOFF=10V, Dmax=100%。

选择自馈绕组输出电压为15V。

pri out(nfwd(nmax fb(+15Vin(minmax
N (VV (1
86(152 (10.4
N 8.49V 2620.4
D D +■- X + X -=
一〜W 一〜X
(b UC3843
VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=100%。

选择自馈绕组输出电压为10V。

pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmax
N (VV (1
86(102 (10.4
N 5.96V 2620.4
D D +■- X + X -=
一〜W 一〜A
(c UC3844
VON=16V, VOFF=10V, Dmax=50%。

选择自馈绕组输出电压为15V。

pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmax
N (VV (1
86(152 (10.4
N 8.39V 2620.4
D D +■- A + A -=
一〜W 一〜A
(d UC3845
VON=8.4V, VOFF=7.6V, Dmax=50%。

选择自馈绕组输出电压为10V。

pri out(nfwd(nmax fb(+10Vin(minmax
N (VV (1
86(102 (10.4
N 5.96V 2620.4
D D +■- A + A -=
(19选择绕组线径：
根据应用指南或经验法则,反激变换器电流密度(指电流有效值一般取400cmil/A,即5A/mm2。

对于+5VDC,其额定电流为1A，所要线径取0.55mm ,即0.24mm 2;对于
+12VDC,其额定电流为1A，所要线径取0.55mm ;对于-12VDC ,其额定电流为1A , 所要线径取0.55mm ;
对于+24VDC,其额定电流为1A，所要线径取0.65mm ,即0.33mm 2; (20变压器初级绕组反激电压：
变压器初级的反激电压PV也称为尖峰电压。

(maxmax
340566110.4
in P V V
V V D =
=--(3-25或者按照下式
OR in(max(1.5〜2(1.5〜2340510〜680P V V V V V V ===*= (3-26
(21输入整流部分:
RD
叫不不VD +
VD 2 A 】二吗
(a 输入滤波电容Cin
输入电压较宽时,一般取比例系数3uF/W,即每瓦输出功率对应3uF 的电容 量。

如果输入电压比较稳定(如蓄电池输入，一般取比例系数1uF/W,即每瓦输出功 率对应1uF 的电容量。

为了降低输入电压纹波,一般把输入电容滤波电容用多个 并联使用,以降低电容的ESR 值。

输入滤波电容上还要并上一个或两个陶瓷电容 (约0.1uF ，以吸收纹波电流的高频分量。

这里取3uF/W,即
3/65195200in C uF W W uF uF =二x (27
因为最大直流电压值为340VDC ,所以输入滤波电容的耐压值按1.5倍的裕量, 取 500V 。

(b 输入整流二极管：
对于交流离线式变换器，
二极管的耐压值取
o-
% o-
(1.81.8*220400W in RMS V V V V >== (3-28
开关电源的最大输入平均电流为(max(min
81.250.31262in in in P W
I A V V
二,所以二极管的电流取0.31A。

最小的二极管等级要符合下面的条件：
R 2(maxF d(maxFSM F
U I 1.5I I 5I >>>
(c NTC电阻：
使用NTC电阻的开关电源,在每次关机后不要马上开机，最好等一分钟以后再开机,只有等NTC电阻温度降下来后,它的阻值才能上去,再次开机才能起限流作用。

额定输入电流为：
(min(max
81.250.24340
in in in P W
=输入电容Cin的输入电流峰值一般为输入电流的3〜5倍，所以NTC的电阻值
必须满足
max
(3~5 in t in
V R I =
(3-29
为了降低损耗,NTC的阻值越小越好,一般取6~12欧姆。

(22 MOSFET :
D pk DSS
p 1.71V V 500I I A
V >=n^
>=ll (3-30 (23输出整流部分：
(a输出整流二极管：
在开关电源中，可以使用以下三种类型的整流二极管:快速恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基整流二极管。

在任何开关电源的输出电路设计中，都应严格选择整流二极管的反向截止电压和正向电流。

输出整流二极管必须满足：
RM (BRSF OM
U 2U I 3I〉有1(3
式(3-31中，输出整流二极管的最大反向峰值电压由下式确定：
S
(BRS0in(maxP
N U U V N =+
x (3-32式(3-32中,0U为输出电压;OM I为额定输出电流;P N为初级绕组匝数;S N为次级绕组匝数。

对于+5VDC的输出绕组,(BRS3
U 53401786V =+x =, RM U 34V >, F I 3A >o对于±12VDC 的输出绕组,(BRS7
U 123404086
V =+x =, RM U 80V >, F I 3A >。

对
于+24VDC的输出绕组，
(BRS13
U243407686
V =+
x =, RM U 150V >, F I 4.5A >。

(b 输出滤波电感：
当输出滤波电感小于临界值Lc时，将导致电源稳压性能变坏，甚至产生振荡从而导致电源无法正常工作。

所以在设计电路时应该选择滤波电感值大于临界值的电感。

滤波电感的临界值计算公式：
max min min
(1
2L C R D L f -=
(3-33
式中,max L R -负载电阻的最大值；min -最小脉冲占空比;min f -电源的最小工作频率。

实际调试时,如果由于设计不当而导致稳压电源在小负载电流时发生滤波电感小于临界值的现象，可以在电源输出端并联一个固定电阻（如12R，称为假负载的方法来减小max L R值从而减小C L值。

这个固定电阻不能太小，以免影响电
源效率。

此处，取73.3,5L uH A =。

假负载12R的作用主要是改善轻载时的负载调整率，此处，取121R k =。

（c 输出滤波电容：
(max(max
(minout off out ripple
(3-34
（24电流采样电阻:
max 1s s
（3-35 所以，（max
110.581.71s s V V
=Q电流采样电路的RC滤波参数:R=1K, C=470p,其时间常数为470ns。

(25振荡电阻和振荡电容：
1.8
T T
f R C -
(3-36 T R =
(26启动电阻和启动电容：
(a UC3842
启动电压取20V，启动电流取2mA。

1R 121K =Q 12
2(maxR 1
(15V (340V15V P 0.8121K in V W R --===Q
98.3R k =Q 211.67R k =Q (b UC3843
启动电压取10V，启动电流取2mA。

1R 125K =Q 12
2(maxR 1
(10V (340V10V P 0.8125K in V W R --===Q
93.75R k =Q
211.25R k =Q (c UC3844
启动电压取20V，启动电流取2mA。

1R 121K =Q 12
2(maxR 1
(15V (340V15V P 0.8121K in V W R --===Q
98.3R k =Q 211.67R k =Q (d UC3845
启动电压取10V，启动电流取2mA。

1R 125K =Q 12
2(maxR 1
(10V (340V10V P 0.8125K in V W R --===Q
93.75R k =Q 211.25R k =Q
启动完成后,UC3842的消耗电流将随着对高压MOSFET的驱动而增之100mA ,该电流由启动电容C24在启动时储存的电荷量来提供。

这时,C24上的电压会发生跌落,当C24上的电压跌落到10V以下时,UC3842仍然保持工作。

自馈绕组实现自馈电的时间Ton根据开关周期决定，一般20KHZ以上都在5ms以内，于是C24的容量为：
ON 24100mA T 100mA 5ms
83.3uF 16V 10V 16V 10V
===--取标称电容值24100uF C =。

如果需要更大的MOSFET驱动电流,启动电容可以大一些,启动电容越大,则启动时间越长，可以起到软启动的作用。

4.元器件列表
5.aa
6.aa
7.aa
8.aa
9.aa
UC1842:16V ,10V,100% UC1843:8.4V,7.6V ,100% UC1844:16V ,10V,50% UC1845:8.4V,7.6V ,50%。