小功率反激式开关电源设计与计算
反激式开关电源的电路设计与参数计算_陈建林
反激式开关电源的电路设计与参数计算_陈建林
一、反激式开关电源的电路设计
据报道，反激式开关电源可以提供高效率、小型体积和低成本的解决方案，它在电脑、消费电子产品以及数字电路系统中应用较为广泛。
反激式开关电源是指在典型的AC/DC转换过程中，通过开关电路，从交流电源抽取能量进行直流转换的电路。
下面将详细介绍反激式开关电源的电路设计。
（1）反激式开关电源电路的主要组件
交流输入电路：交流输入电路是反激式开关电源电路的起始模块，它的功能是把电源电压提供给其他组件。
开关功率电路：开关功率电路的最重要的组件是开关元件，它们是把AC输入电压装入到电源系统中的基础，通常可以使用MOSFET、差动管、晶闸管等。
控制电路：控制电路是反激式开关电源电路的关键组件，它的功能是控制开关管的开合以实现输入电压的正常转换。
一般来说，控制电路通过一系列的电路元件，如比较器、占空比调节器、稳压器、脉冲发生器和定时器等实现诸如占空比调节，稳压、启动和保护等功能。
反激式开关电源变压器设计说明
2.6 计算一次绕组最大匝数Npri
Lpri 452*10-6
Npri = =
= 61.4匝 取Npri=62匝
AL 120*10-9
2.7 计算二次主绕组匝数NS1〔NS1为DC+5V绕组
Npri<V01+VD><1-Dmax> 62*<5+0.7>*<1-0.5>
Ns1=
=
= 2.78匝
Vin<min>Dmax
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反激式开关电源变压器设计(2)
表二 变压器窗口利用因数
变压器情况
窗口
反激式变压器 一个二次绕组 两个或多个二次绕组 相互隔离的二次绕组 满足UL或CSA标准 满足IEC标准 法拉第屏屏蔽
1.1 1.2
1.3 1.4 1.1 1.2 1.1
用下式按变压器情况将各窗口利用因数综合起来 Knet=Ka.Kb…
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反激式开关电源变压器设计(2)
变压器绕制结构如下：
0.06/3层 0.06/3层 0.06/3层 0.06/3层
偏置绕组 ½一次绕组 二次绕组 ½一次绕组
3mm
3mm 技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(2)
2.11 计算变压器损耗
1铜损：Pcun = NnV* MLT*Rn>In2 MLT = 2E+2C=2*25.27+2*9.35=69.24mm
5+0.7
取13匝
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反激式开关电源变压器设计(2)
2.9 检查相应输出端电压误差 Vsn
δVsn%=<< = *Ns’n-Vsn>/Vsn>*100% Nsn
(完整版)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 NpxAeLpxIp 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 FerriteCore 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，散热条件，工作环境温度等选择。
当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
反激式开关电源变压器设计步骤及公式
反激式开关电源变压器设计步骤及公式(4种计算方法比较)1.确定已知参数: （主要PWM方式）确定已知参数:（主要RCC方式）来自现代高频开关电源实用技术1,确定系统规格输出功率:输入功率: P୧=输入平均电流: Iୟ୴ൌሺౣሻ同左边占空比D୫ୟ୶=୲=0.5 f୫୧୬:25KHz输入直流电压Vୈେ=√2Vୟୡ在了解输出功率后确定所需磁芯A p=A e*A w（cm4）Ae:磁芯中心柱横截面积(cm2)；A w:磁芯窗口面积(cm2)最小AC输入电压:V ACMIN,单位:V最大AC输入电压:V ACMAX,单位:V输入电压频率:f L,50Hz or 60Hz输出电压:V O,最大负载电流:I O输出功率:P O,单位:WIo:Po=Vo*Ioη:0.85P୧ൌP୭η2.峰值电流1T=10000G s输入峰值电流:Iൌכሺౣሻ对于BUCK(降压),推挽,全桥电路K=1.4对于半桥和正激K=2.8对于Boost,BUCK-Boost和反激K=5.5 I୮ൌ2כP୭כTηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>כଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cmସ) ；Ae是磁芯截面积（cm2）,Aw是磁芯窗口面积（cm2）；f的单位为Hz，Bm的单位为Gs，取(1500)不大于3000Gs，δ导线电流密度取:2～3A/mmଶ ，K୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1IୋൌP୧V୧୬୫୧୬IൌIୟ୴D୫ୟ୶כ2T୭୬ൌଵD୫ୟ୶(uint:µs)1S=106µsLൌౣכ୍ౌే(µH)3.计算初级电感因所以t୭୬ൌDכTൌଵଶכ若f取25KHz,则t୭୬为20μS选磁芯也可用公式Fosc<50KHz S=1.15*√Po(cmଶሻFosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻFosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻNPൌౌכ୍ౌేככ10L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2NsൌሺV୭Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶NaൌሺVୟVୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶L =ሺౣሻכୈ୍ౌేכ౩ౙ其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A匝比：n=ሺౣሻ=౩౦4. 计算初级匝数初级电感:L ୮ൌሺౣሻכ୲୍౦检验磁芯正规名牌磁性材料的Bm 不得大于3000Gs ，国产杂牌不大于2500Gs 更保险A 值是在磁芯上绕1000匝测得(美国)则N ൌ1000ටౌై此式中L 单位为mH变压器次级圈数：Ns>୬כ୍౦כ౦ୗכౣ*10其中S 为磁芯截面积，Ｂ୫值为3000Gs若A 值是用100匝测得且单位是nH/N ଶ,则N ൌ100ටౌై此式中L 单位为mH,A 单位为mH/N ଶ,在计算时要将A 的值由nH 转换为mH 后再代入式中计算;例如:某A 值为1300 nH/N ଶ, L 值为2.3mH,则A =1300nH/N ଶ=1.3 mH/N ଶ代入中计算得N 为133T 初级匝数为:Np=౩୬B(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(cm2 )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3000~3500Gauss 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5. 匝比n=౩ౌ=ሺౣሻ晶体管的基极电流I =୍౦୦ూు6. 次级绕组匝数N ୱ=N *n N ୱଵ=౦כሺାౚሻכሺଵିୈౣ౮ሻሺౣሻכୈౣ౮多路输出时N ୱ୶=ሺ౮ାౚ౮ሻכ౩భభାౚభ其中x 代表几路I ୰୫ୱൌI √27. 原边供电绕组N ୟ=N ୱכ在多路输出时Vo 为主输出电压计算线径（包括初级次级）同左边8. 选择磁芯型号要满足,磁芯中心柱截面积S=0.09*√Po (cm ଶሻ或满足公式A=A ୣכA ୵ൌכଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cm ସ ) ；Ae 是磁芯截面积（cm 2）,Aw 是磁芯窗口面积（cm 2）；f 的单位为Hz ，Bm 的单位为Gs ，取(1500)不大于3000Gs ，δ导线电流密度取:2～3A /mm ଶ ，K ୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc 磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1做较大瓦数的 Power 。
反激式开关电源的设计计算
反激式开关电源的设计计算首先，需要明确设计参数：1. 输入电压（Vin）：反激式开关电源的输入电压一般为交流电网的标称电压，如220V或110V。
2. 输出电压（Vout）：反激式开关电源的输出电压需要满足目标设备的需求，例如5V、12V等。
3. 输出功率（Pout）：反激式开关电源的输出功率是根据目标设备的功率需求确定的，一般以瓦（W）为单位。
4. 开关频率（fsw）：反激式开关电源的开关频率一般在10kHz到100kHz之间，根据具体需求和性能要求确定。
设计步骤如下：1.计算电流和电压波形：根据输出功率和输出电压，可以计算出输出电流：Iout = Pout / Vout。
同时，可以根据输入和输出的电压波形关系，使用变压器的变比关系计算输入电流波形。
2.选择开关元件：根据开关频率和输出功率，可以选择合适的功率场效应管（MOSFET）作为开关元件。
选择时需要考虑开关速度、导通和截止损耗等因素。
3.选择变压器：根据输入和输出电压的变比，可以选择合适的变压器。
变压器的选择需要考虑输入输出功率、开关频率、能量传输效率等因素。
4.计算电感和电容：通过计算电流波形和电压波形的变化率，可以确定所需的输入和输出电感。
同时，通过计算输出电压的纹波和电流的纹波，可以选择合适的输出电容。
5.设计控制电路：根据输入和输出电压、开关频率以及开关元件的特性，设计合适的控制电路。
常见的控制方案有可变频率、可变占空比等，需要根据具体需求确定。
6.完善保护电路：7.电路仿真和优化：通过电路仿真软件可以对设计的开关电源进行仿真，并对效果进行优化，如进一步降低纹波、提高效率等。
以上是基于反激式开关电源的设计计算的基本步骤，实际设计中还需要考虑其他因素，如电源的稳定性、EMI（电磁干扰）等。
设计计算的具体细节和参数计算可以根据具体的需求和设备要求进行调整和优化。
开关电源反激式变压器计算公式与方法
开关电源反激式变压器计算公式与方法公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]原边电感量：Lp =(Dmax * Vindcmin)/ (fs * ΔIp)开关管耐压：Vmos =Vindcmax+开关管耐压裕量(一般用150V)+Vf*反激电压(Vf)的计算: Vindcmin * Dmax = Vf *（1- Dmax）原边与副边的匝比：Np / Ns = Vf / Vout原边与副边的匝比：Np / Ns = (Vdcmin * Dmax)/ [Vout * (1-Dmax)]原边电流：[1/2 * （Ip1 + Ip2）] * Dmax * Vindcmin = Pout / η磁芯：AwAe = (Lp * Ip2^2 * 10^4 / Bw * Ko * Kj) *原边匝数：Np = (Lp * Ip^2 * 10^4 )/ (Bw * Ae)气隙：lg = π * Np^2 * Ae * 10^-8 / LpLp:原边电感量, 单位：HVindcmin:输入直流最小电压,单位：VDmax:最大占空比: 取值~Fs:开关频率 (或周期T),单位：HzΔIp:原边电流变化量,单位：AVmos:开关管耐压，单位：VVf:反激电压：即副边反射电压，单位：VNp:原边匝数,单位：T)Ns:副边匝数,单位：T)Vout:副边输出电压,单位：Vη:变压器的工作效率Ae:磁芯截面积,单位：cm2Ip2:原边峰值电流，单位：ABw:磁芯工作磁感应强度，单位：T 取值~Ko:窗口有效用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为～Kj:电流密度系数，一般取395A/ cm2(或取500A/cm2)Lg:气隙长度，单位：cm变压器的亿裕量一般取150V什么是反激电压假定原副边的匝比为n，在原边开关管截止时，开关管的高压端电压为Vin(dc)+nVo, nVo即为反激到原边的电压。
反激式开关电源的电路设计与参数计算_陈建林(精)
2013年第 09期反激式开关电源的电路设计与参数计算陈建林王冬剑刘江南(中国电子科技集团公司第三十六研究所浙江嘉兴314033Circuit Design and Parameter Calculation of Flyback Switching Power SupplyCHEN Jian-linWANG Dong-jianLIU Jiang-nan(The 36th Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Jiaxing Zhejiang 314033, China【摘要】反激式开关电源以其简单、轻巧、实用等特性 , 在工程技术中得到广泛应用。
本文在简要介绍开关电源拓扑结构的基础上 , 详细分析脉冲变压器的参数设计和 MOS 管的选型要求 , 同时介绍控制回路和吸收电路的参数计算 , 并对设计方案进行实验验证。
结果表明 , 所设计的反激式开关电源性能稳定、可靠性高。
【关键词】反激 ; 开关电源 ; 脉冲变压器 ; 吸收电路ABSTRACT:Due to the characteristic of simple, legerity and utility, flyback switching power supply is widely used in engineering. This text firstly introduces the topology of switching power supply briefly, then analyses parameter design of pulse transformer and performance requirement of MOSFET in detail, parameter design of control and absorber circuit are also introduced. Experiment results indicate that flyback switching power supply designed in this text is stable and reliable.Keywords:Flyback; Switching Power Supply; Pulse Transformer; Absorber Circuit 引言开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点, 成为稳压电源的重要发展方向之一, 获得日益广泛的应用。
反激式开关电源变压器设计步骤及公式
反激式开关电源变压器设计步骤及公式(4种计算方法比较)1.确定已知参数: （主要PWM方式）确定已知参数:（主要RCC方式）来自现代高频开关电源实用技术1,确定系统规格输出功率:输入功率: P୧=输入平均电流: Iୟ୴ൌሺౣሻ同左边占空比D୫ୟ୶=୲=0.5 f୫୧୬:25KHz输入直流电压Vୈେ=√2Vୟୡ在了解输出功率后确定所需磁芯A p=A e*A w（cm4）Ae:磁芯中心柱横截面积(cm2)；A w:磁芯窗口面积(cm2)最小AC输入电压:V ACMIN,单位:V最大AC输入电压:V ACMAX,单位:V输入电压频率:f L,50Hz or 60Hz输出电压:V O,最大负载电流:I O输出功率:P O,单位:WIo:Po=Vo*Ioη:0.85P୧ൌP୭η2.峰值电流1T=10000G s输入峰值电流:Iൌכሺౣሻ对于BUCK(降压),推挽,全桥电路K=1.4对于半桥和正激K=2.8对于Boost,BUCK-Boost和反激K=5.5 I୮ൌ2כP୭כTηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>כଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cmସ) ；Ae是磁芯截面积（cm2）,Aw是磁芯窗口面积（cm2）；f的单位为Hz，Bm的单位为Gs，取(1500)不大于3000Gs，δ导线电流密度取:2～3A/mmଶ ，K୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1IୋൌP୧V୧୬୫୧୬IൌIୟ୴D୫ୟ୶כ2T୭୬ൌଵD୫ୟ୶(uint:µs)1S=106µsLൌౣכ୍ౌే(µH)3.计算初级电感因所以t୭୬ൌDכTൌଵଶכ若f取25KHz,则t୭୬为20μS选磁芯也可用公式Fosc<50KHz S=1.15*√Po(cmଶሻFosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻFosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻNPൌౌכ୍ౌేככ10L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2NsൌሺV୭Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶NaൌሺVୟVୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶L =ሺౣሻכୈ୍ౌేכ౩ౙ其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A匝比：n=ሺౣሻ=౩౦4. 计算初级匝数初级电感:L ୮ൌሺౣሻכ୲୍౦检验磁芯正规名牌磁性材料的Bm 不得大于3000Gs ，国产杂牌不大于2500Gs 更保险A 值是在磁芯上绕1000匝测得(美国)则N ൌ1000ටౌై此式中L 单位为mH变压器次级圈数：Ns>୬כ୍౦כ౦ୗכౣ*10其中S 为磁芯截面积，Ｂ୫值为3000Gs若A 值是用100匝测得且单位是nH/N ଶ,则N ൌ100ටౌై此式中L 单位为mH,A 单位为mH/N ଶ,在计算时要将A 的值由nH 转换为mH 后再代入式中计算;例如:某A 值为1300 nH/N ଶ, L 值为2.3mH,则A =1300nH/N ଶ=1.3 mH/N ଶ代入中计算得N 为133T 初级匝数为:Np=౩୬B(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(cm2 )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3000~3500Gauss 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5. 匝比n=౩ౌ=ሺౣሻ晶体管的基极电流I =୍౦୦ూు6. 次级绕组匝数N ୱ=N *n N ୱଵ=౦כሺାౚሻכሺଵିୈౣ౮ሻሺౣሻכୈౣ౮多路输出时N ୱ୶=ሺ౮ାౚ౮ሻכ౩భభାౚభ其中x 代表几路I ୰୫ୱൌI √27. 原边供电绕组N ୟ=N ୱכ在多路输出时Vo 为主输出电压计算线径（包括初级次级）同左边8. 选择磁芯型号要满足,磁芯中心柱截面积S=0.09*√Po (cm ଶሻ或满足公式A=A ୣכA ୵ൌכଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cm ସ ) ；Ae 是磁芯截面积（cm 2）,Aw 是磁芯窗口面积（cm 2）；f 的单位为Hz ，Bm 的单位为Gs ，取(1500)不大于3000Gs ，δ导线电流密度取:2～3A /mm ଶ ，K ୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc 磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1做较大瓦数的 Power 。
反激式(RCD)开关电源器件参数计算
反激式(RCD)开关电源器件参数计算RCD的计算方法先上个RCD钳位的原理图再上个MOS的VDS波形下面再说几个名词，这几个名词其实大家也知道，一个是钳位电压，上边用Vsn表示;一个是折射电压，上边用VRO表示;还有个脉动电压，上边用ΔV表示;MOS管的最大耐压，上边用BVdss表示；电源的最高输入电压，上边用Vin Max表示。
1.钳位电压Vsn是电容C两端的电压，与选用MOS的BVdss及最高输入电压以及降额系数有关，一般在最高输入电压Vin Max下考虑0.9的降额，则有Vsn=0.9*BVdss-Vin Max（我上边的实验选择的MOS为IRF640，BVdss=200V，Vin Max=70V）可以算出钳位电压Vsn为110V2.然后算折射电压VRO，根据VRO=（VOUT+VD)/（NS/NP）式中VOUT为输出电压VD为二极管管压降NS为次级匝数NP为初级匝数我的初级NP为31匝，次级NS为10匝，管压降VD≈1V，输出电压VOUT=12V 算出VRO=（12+1）/（10/31）=40V3.确定漏感量LIK，这个可以通过测试得出，我的实测了下为2.79uH；不过可以估测此漏感值，一般为初级电感量的1%-5%；4.确定峰值电流IPK的值输入功率PIN=POUT/Η，式中POUT为输出功率Η为效率我的输出电压为12V，电流为3A，假设效率为80%；代入式中得PIN=12*3/0.8=45W算出平均电流Iin-Avg=PIN/Vin Min式中Vin Min为最小输入电压我的最小输入是40V，也就是1207的最低输入电压。
代入式得Iin-Avg=45/40-1.125A确定峰值电流IPK=2*Iin-Avg/Δmax式中Δmax为最大占空比我的设的为0.5代入式得IPK=2*1.125/0.5=4.2A5.确定钳位电阻R的值，根据公式R=2（Vsn-VRO)*Vsn/LIK*IPK*IPK*Fs式中Fs为开关频率IPK*IPK为IPK的平方，俺不会写我的频率Fs为50Khz代入式得R=【2*（110-40）*110】/【2.79*4.2*4.2*50k】R=27K6.确定R的功率PR=Vsn*Vsn/R代入数值得PR=110*110/27000=0.448W可以用1W的电阻我手头没有1W27k电阻所以用个30K吧7.确定钳位电容C的值我们前边一直把C的点电压VC当成不变的处理，实际是有波动的，因为有漏感等杂散电感的影响，所有会有所波动，一般这个脉动电压ΔV取钳位电压Vsn的5%-10%，我们这取10%吧，所以ΔV=11V钳位电容的值C=Vsn/ΔV*R*Fs带入值得C=110/11*27k*50k=0.0074uF这里我们选个C=0.01uF的也就是103PF的电容回头我把实验结果和波形放上来！1.初级用了C=103 R=30K,次级R=22R,C=102，峰峰值160V2.我把初级R又并了个30K，R=15K了，别的没动，峰峰值150V了我又把初级C=103改为472，R=15K，次级没动，峰峰值又到138V了我想看看要是不动电阻呢，按计算结果，把并那个30K电阻去掉，C=472，次级不动，峰峰值150V以上总结，算出来的结果还得再试验中得到验证，只能做个参考；所以我们应以计算为基础，根据实验来回调整，找到一个更适合你的值。
反激式开关电源变压器设计(AP法)
~~~~~~~END~~~~~~~
***谢谢***
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反激式开关电源变压器设计(1)
第二步：次级电感Ls
(VoxVD)x(DOFF(MAX))2 x10-3 (5.1+0.7)x0.52 x10-3 = 2x1.1x262
Ls≥
2 IOUTxfSW =0.0000025(H)=2.5(uH) 其中 DOFF(MAX)=1-DMAX=1-0.5=0.5
(6)
式中： VDB ---- 偏置绕绕组整流二极管正向压降(V) 技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(1)
1.7 计算初级绕组RMS电流IPRMS POUT IPRMS = 0.5xDMAXxηxVIN(MIN) 1.8 计算次级绕组RMS电流ISRMS ISRMS = IOUT 0.5xDMAX x 3 DMAX (A) (8) DMAX 3
反激式开关电源变压器设计
学习培训教材 AP法
反激式开关电源变压器设计(1)
本设计为小功率非连续工作模式的反激开关电源变压器的一种设计 方法，在选用类似MAx5021芯片时，变压器很容易获得15W的输出功率。 1. 设计公式 1.1 计算面积乘积值Ap 1.1xPOUTxDMAXx103 Ap≥ (mm 4) (1) ηxKPxKTxKUxJxBMAXxfSW 式中：AP ----- 磁芯面积乘积 Ap=Aw.Ae(mm4) POUT ---- 变压器输出功率（W） DMAX ---- 最大导通占空比（通常为0.5) η ------ 变压器预期的效率 KP ------ 分配给初级绕组的面积（通常为0.5） KT ------ 初级RMS（等效串联电阻）电流和平均电流之比， 非连续反激模式KT ≈0.55～0.65 KU ------ 窗口填充系数(一般取0.4) J ------- 电流密度(一般取3 ≈10 A/mm2 ） BMAX ----- 最大工作磁通密度(反激式一般取0.12T ～ 0.15T) fSW ------ 开关工作频度（KHz)
反激开关电源参数计算(EI28)
=
4 ������������������ √3.14������
=
0.616
∗
√4 3.14
∗
5
=
0.3������������2
RCD 吸收电路参数设计
① 选择钳位电容最小值������������������������������，当漏感能量完全释放后，钳位电容电压达到最 大值������������������������������，随后二极管关断，电容向电阻放电，当下一周期开关管导通时， 电容电压达到最小值������������������������������，������������������������������一般取0.85~0.95������������������������������。
输入功率������������������
=
������0 ������
=
43.75������
取电流纹波系数������������������ = 1
������������������ =
∆������������ ������������������
②
输入电流平均值������������������������������������
=
1.14������
电感量������������
=
������������������������������������∗������������������������ ������������������������ ∗������∗������������������
=
224∗0.35 1.14∗132
反激变压器参数设计
输入电压 180~264 VAC 输出电压±23V 输出功率������0 = 35W 效率η=80% 开关频率 f=132kHZ
反激式开关电源的电路设计与参数计算_陈建林(精)
2013年第09期ChinaAU rightsreserved.4^. ■■■ P ■«* V反激式开关电源的电路设计与参数计算陈建林王冬剑刘江南（中国电子科技集团公司第三十六研究所浙江力口兴314033Circuit Desig n and Parameter Calculatio n of Flyback Switchi ng Power SupplyCHEN Jia n-linWANG Don g-jianLIU Jia ng-nan(The 36th In stitute of Chi na Electro nics Tech no logy Group Corporatio n, Jiax ingZhejiang 314033, China【摘要】反激式开关电源以其简单、轻巧、实用等特性，在工程技术中得到广泛应用。
本文在简要介绍开关电源拓扑结构的基础上，详细分析脉冲变压器的参数设计和MOS管的选型要求，同时介绍控制回路和吸收电路的参数计算，并对设计方案进行实验验证。
结果表明，所设计的反激式开关电源性能稳定、可靠性高。
【关键词】反激；开关电源；脉冲变压器；吸收电路ABSTRACT:Due to the characteristic of simple, legerity and utility, flyback switching power supply is widely used in engineering. This text firstly introduces the topology of switch ing power supply briefly, the n an alyses parameter desig n of pulse tran sformer and performa nee requireme nt of MOSFET in detail, parameter desig n of control and absorber circuit are also introduced. Experiment results indicate that flyback switch ing power supply desig ned in this text is stable and reliable.Keywords:Flyback; Switchi ng Power Supply; Pulse Tran sformer; Absorber Circuit引言ChinaAll rights reserved.Publishing Hou網http^/ww^.enki. iwl 1994-2014Aciidcmic Jcumal EJccirunic电源枝术注用POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPUCATIONS开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，成为稳压电源的重要发展方向之一,获得日益广泛的应用。
反激开关电源设计计算
反激开关电源设计计算反激开关电源是一种常用的电源设计方案，它具有体积小、效率高、成本低等优点，广泛应用于各种电子设备中。
本文将从原理、设计计算、电路图等方面对反激开关电源进行详细介绍。
一、原理反激开关电源是一种采用变压器的开关电源，其基本原理是通过开关管的开关控制，使得输入电压经过变压器变换输出所需的电压。
在正常工作状态下，开关管周期性地打开和关闭，实现能量的转换和传递。
由于反激开关电源采用了变压器，能够实现电压的升降转换，因此在输出电压和电流方面具有较好的稳定性。
二、设计计算反激开关电源的设计需要考虑多个参数，包括输入电压、输出电压、输出电流、开关频率等。
下面将分别介绍这些参数的设计计算方法。
1. 输入电压设计计算输入电压是指反激开关电源的输入电源电压，一般为交流电压。
在设计时，需要根据实际应用需求确定输入电压的范围。
常见的输入电压范围有220V、110V等。
在电源设计中，需要根据输入电压范围选择合适的变压器和电容器等元件。
2. 输出电压设计计算输出电压是指反激开关电源输出的直流电压。
在设计时，需要根据实际应用需求确定输出电压的大小。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
在电源设计中，需要根据输出电压确定变压器的变比，以及选择合适的电容器、电感等元件。
3. 输出电流设计计算输出电流是指反激开关电源输出的直流电流。
在设计时，需要根据实际应用需求确定输出电流的大小。
常见的输出电流有1A、2A、5A等。
在电源设计中，需要根据输出电流确定变压器的功率，以及选择合适的开关管、电感等元件。
4. 开关频率设计计算开关频率是指反激开关电源开关管的开关频率。
在设计时，需要根据实际应用需求确定开关频率的大小。
常见的开关频率有50kHz、100kHz等。
在电源设计中，需要根据开关频率确定开关管的特性，以及选择合适的电容器、电感等元件。
三、电路图下图是一种常见的反激开关电源电路图示例：（这里省略了图片链接）在电路图中，可以看到主要包括输入电路、开关电路、变压器、整流滤波电路和输出电路等部分。
开关电源反激式变压器计算公式与办法
精心整理
原边电感量：Lp=(Dmax*Vindcmin)/(fs*ΔIp)
开关管耐压：Vmos=Vindcmax+开关管耐压裕量(一般用150V)+Vf
*反激电压(Vf)的计算:Vindcmin*Dmax=Vf*（1-Dmax ）
原边与副边的匝比：Np/Ns=Vf/Vout
原边与副边的匝比：Np/Ns=(Vdcmin*Dmax)/[Vout*(1-Dmax)]
原边电流：[1/2*（Ip1+Ip2）]*Dmax*Vindcmin=Pout/η
磁芯：AwAe=(Lp*Ip2^2*10^4/Bw*Ko*Kj)*1.14
原边匝数：Np=(Lp*Ip^2*10^4)/(Bw*Ae)
即为反的电压，会“折射”到原边（用同名端对电位），叠加在开关管高压端。
同理当原边开关管导通时，次级二极管是截止的，二极管上的电压除了输出电压Vo,还有原边“折射”过来的电压Vin(dc)/n ，及Vo+[Vin(dc)/n,].。
所以，匝比的
设计，除了影响占空比，也影响着原边开关管及次级二极管的应力选择。
在变压器线圈匝数未知的情况下，如何计算磁芯工作时的磁感应强度Bw ？测量其电感量（可用压。
反激式开关电源变压器参数的计算
反激式开关电源变压器参数的计算首先，反激式开关电源变压器有两个主要参数需要计算，即变压器的变比和功率。
一、变压器的变比计算：变压器的变比是指输入电压与输出电压之间的比例关系。
对于反激式变压器，我们需要根据输入电压 Vin 和输出电压 Vout 的关系计算变比。
变比 N = Vout / Vin其中，N 为变比，Vout 为输出电压，Vin 为输入电压。
例如，如果输入电压为220V，输出电压为12V，则变比为：N=12/220=1/18.33≈0.0546二、功率的计算：功率是指单位时间内的能量传输速度，对于反激式开关电源变压器，我们需要计算输入功率和输出功率。
1.输入功率的计算：输入功率可以通过输入电压和输入电流计算得出。
输入功率 Pin = Vin * Iin其中，Pin 为输入功率，Vin 为输入电压，Iin 为输入电流。
2.输出功率的计算：输出功率可以通过输出电压和输出电流计算得出。
输出功率 Pout = Vout * Iout其中，Pout 为输出功率，Vout 为输出电压，Iout 为输出电流。
需要注意的是，输出功率应该小于输入功率，因为变压器存在能量损耗。
三、额定功率计算：额定功率是指变压器能够稳定工作的最大功率，通常是根据设备的功耗需求来确定的。
根据输入功率和输出功率的关系，我们可以计算出额定功率。
额定功率 Prated = min(Pin, Pout)其中，Prated 为额定功率，Pin 为输入功率，Pout 为输出功率，取两者中较小的值作为额定功率。
四、变压器的参数选取：根据反激式开关电源变压器的工作原理和计算结果，我们可以根据需求选择合适的变压器。
需要考虑的参数包括变压器的变比、额定功率、工作频率、绕组电流等。
在选择变压器的过程中，我们需要注意以下几点：1.变比要满足输出电压要求，同时考虑输入电压的变化范围。
2.额定功率要满足设备的功耗需求，同时要考虑变压器的损耗和温升情况。
反激式开关电源计算公式
反激式开关电源计算公式
一、反激式开关电源简介
反激式开关电源是一种高效率、高精度、低输出阻抗、非常稳定的开
关电源，它的工作原理是，通过PWM（脉宽调制）技术，将一个直流电源
按一定脉冲调制，这样就形成一种模拟DC电源。
反激式开关电源具有输
出功率范围广、满足不同负载需求、响应时间短、效率高、功耗低、失效
率低、启动电流小、稳定性好等特点，因此得到了普遍的应用。
二、反激式开关电源计算
1、输出功率Pout：
输出功率Pout=Vin*Iin
其中，Vin为电源输入电压，Iin为电源输入电流。
计算时，通常要
考虑输出纹波，输出电压Vout、输出电流Iout、功率因素PF（负载因数）等因素，这些因素都会影响输出功率的大小，所以在进行计算时要注意考虑。
2、电源输出纹波THD：
计算电源输出纹波要考虑到电源输出电压Vout、电源输出电流Iout
和负载因数PF等因素，通过计算可以得出电源输出纹波的大小。
公式如下：
THD=(Vout2+Iout2*PF2)/Vout2*100%
其中，Vout为电源输出电压，Iout为电源输出电流，PF为负载因数。
3、功率因数：
PF=Vout2*Iout2/(Vin2*Iin2)
其中，Vout为电源输出电压，Iout为电源输出电流。
反激式开关电源的设计计算
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V o。
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V o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23. 直流输入电压最小值Vimin 的计算：in C a O i kC t F P u V ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=21222min min 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(2122min 2min i C a O in V u k t F P C −⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−= 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V or 取135V对于100V/115V 交流固定输入，初级感应电压V or 取60V对于230V ±35V 交流固定输入，初级感应电压V or 取135V5. 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=1.5V or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V or 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 。
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的变化，TOP 芯片控制电压高低变化，脉宽调整，控制开关管导通时间，自动调
整输出电压，控制在一个很小的变化范围内，这是一个闭环控制过程。光电耦
合器选用 PC817B，一是抗电强度满足要求，二是电流传输比适中，电流传输比
大小将影响稳压精度，但不是越高越好，太大的电流传输比将使闭环系统不稳
定，甚至引起寄生振荡。TL431 的控制极与阳极接有一电容或 RC 串联电路，其
ALG=0.144µH/N2 (δ=0.3)
（补充说明：AL 及 ALG 的测量
1、 在骨架中用Ф0.23 左右漆包线绕线 50 匝（N）
2、 将磁芯的端面擦干净，套进线圈，测量电感量 L(µH)
3、 计算
① 已知线圈匝数（N），实测电感量 L(µH)，求有效电感(AL)ALG (µH/N2) ALG=L/ N2
一点接地，开关源极一点接地，有效降低由环路电流引起的有害寄生振荡，
在有害的极端情况下甚至使脉冲振荡失控，排版失败。
3、 热端与冷端间距≥
五、 开关变压器
1、 选磁芯：≤15W 选 EE20，15～30W 选 EC28×25，30～90W 选 EC35B，所有
磁芯的 µo=2000,因为选用的反激式开关电路，所以磁芯必须磨气隙。从本公
K
RP
3
2
− K RP
+ 1)
IRI=
I2 SRMS
−
I02
V(BR)S=V0+V1max* N S NP
V(BR)F=VFB+V1max* N S NP
VRI=ISP*r0 VBR≥1.25 2 umax
IBR≥2IRMS
IFMS= η
P0 * umin * cosϕ
( cosϕ
=0.5～0.7)
2、 电解电容的质量问题较严重，除了容量指标外，更重要的是耐电压和漏电
流≤0.01~0.02CµF*Uv（µA）,特别是脉动直流电压脉动量大的部位，例如紧
3
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接整流管的滤波电容要小心选用。
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3、 脉冲整流二极管选用超快恢复二极管和肖特基二极管，能有效提高整流效
率和降低二极管的温升。
4、 发热器件例如开关管及大电流整流二极管必须加有效散热器，能提高工作
流可采用桥堆式二极管，电磁兼容必须使用共模抑制电感电容与差模抑制器
件，漏极尖峰电压吸收电路采用电阻—电容—加快恢复二极管。次级主输出
电压取样、三端精密稳压器比较输出推动光耦发光管发光，光耦接收管控制
芯片调整脉冲占空比。反馈绕组仅给芯片提供工作电源。UC3842 工作频率一
般取 50KHz.
2、 TOP——系列：脉宽调制-开关管一体化三端器件。漏级尖峰电压吸收采用
µr=
AL * l 4πSτ
δ= 0.04πN P 2S J - 10l (mm)
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小功率反激式开关电源设计与计算
一、原理分析 下图为一开关电源原理图
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220V 市电经开关、保险管、热敏电阻、共模抑制电感电容和差模抑制电容， 经桥式整流成脉动直流，经电解电容滤波，得到约 300V 直流电压，通过开关变 压器的初级加至开关管漏极（或集电极），这其中在保险管的后面接有压敏电阻， 可消除来自电网的超高瞬态尖峰脉冲干扰，如果市电电压异常升高，在一个不 太长的毫秒级时间内，压敏电阻阻值迅速降低至欧姆级，大电流熔断保险丝， 从而保护了后面的电路。在 220V 电路中，串有热敏电阻，该电阻在常温下约十 几欧姆，开机瞬间利用这一电阻有效减小冲击电流，保护线路、电源开关接点、 整流二极管。当电流稳定后，热敏电阻温度升高电阻下降即负温度系数，整机 正常工作。
击穿电压，有短的恢复时间，其性能优于快恢复二极管。某些电路在整流管两
端并联有电容或 RC 串联电路，其作用是对 5-10MHz 电磁干扰有抑制作用,同时
可减低反向尖峰电压，保护二极管免于反向击穿。
二、 电路结构
1、 脉宽调制芯片 UC3842——开关管 IRF840/2SK1460/2SK2850，工频电压整
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别短路实验，电源进入保护状态，去掉短路，电源立即恢复正常工作，未出
现元件温度升高。
七、纹波测量
DVB-S、C 电源板：CJ7.820.488
主板： CJ7.820.153
输出(V)
TDS-210(mvp-p)
5
30
6
40
22
70
27
21.6
毫伏表 Hz2181(mV) 4.2 8 24
作用类似于负反馈，用于消除自激等不稳定现象。容量大小将影响闭环系统的
2
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反应速率，太小克服不稳定作用小，太大将使稳压输出瞬态跟随特性变差，因
此也是折中选用。输出电压整流二极管的选用，就目前器件水平，12V 以下选用
肖特基二极管，其优点突出，超过 12V 就选用超快恢复二极管，有较高的反向
4 A / mm2 选Ф0.29,S=0.066mm2
4 股并绕
初 级 线 径 ： 1.13
I AVG =0.1mm j
选 Ф0.23
原理图
Ф0.23T210 Ф
Ф0.23T20
0.29*4T11
7
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说明：初级绕组分为两组即 1&4。 h) 线包的核算与试绕
边胶带宽 1.5，厚 0.15；宽胶带任选，厚 0.06 层间一层胶带，组间三层胶带，内包一层胶带，外包三层胶带 （附：如下图例子根据经验，所使用电源在初级线圈设计上均使用Ф=0.29 圈数为 50 圈，分为两层， 初级线圈在设计上为了减小漏电感的影响，将初级绕组分为两部分，最里半组最外半组，用以提高 耦合度，减小漏电感，当然这会给绕制和绝缘处理增加难度，但性能是大有提高，特别是针对多组 输出的变压器更是如此。反馈绕组采用 2 股并绕Ф=0.29，共 13 圈以供芯片正常工作。次级线圈根 据要求进行设计，其中考虑因素有：电流的大小和饶线圈数决定所选线的线径以及股数，输出电压 决定着饶线圈数，饶线圈数及线径的大小决定着饶线层数，根据各因素尽量做到适中）
线经优先选定，为减小集肤效应，避免选用大于直径 0.41 以上的漆包线，载
流量不够可采用多股并绕的方法。处理抗电强度，初级是关键,尽量是双层，
每层饶满，引出头套套管。
六、实验 1、高低压实验：设计工作电压范围 85V(165V)～265V AC，高端升至 275V 低端 降至 60V(165V)工作正常。 2、极限工作环境温度实验：在恒温箱中，开关电源工作电压分三挡轮流工作： 180V/220V/250V，由供电箱每隔 15 分钟自动转换，温度从常温在 8 小时内 升至 110℃,开关电源保护（无输出），塑料机壳变形，当温度降低，恢复工 作。 3、抗电强度实验：在常温自然湿度下 ，4000V AC 8mA 一分钟。 4、短路实验：将 5V 1A（取样绕组）及 23V 0.35A（非取样绕组）直流电压分
瞬态抑制二极管与阻塞二极管结构，电路进一步简化，损耗减小，各项保护
功能集成于片内，可靠性提高。工作频率为 100KHz。
3、 近来有一种单片脉宽控制电源芯片，SFQ110/100，很适合做十几瓦以下的
开关电源，电路简洁，可靠性高，价格低廉，朋友们不妨一试。
三、 可靠性
1、 开 关 管 IRF840 BVDS=500V 勉 强 了 一 点 ， 可 靠 性 较 差 ， 选 用 2SK1460,2SK2850, BVDS=900V 完全可以胜任。
PO =0.032A η * V1min
c) IP=
I AVG
=0.15A
(1- 0.5KRP ) * Dmax
d) NP=
LP =210T ALG
e)
LP=
IP
2
*
K
106 PO RP (1- 0.5KRP
)
*
f
* Z(1-η) +η η
=6
f) n= VO R =18.5 VO +VF1
g) NS= N P =11T n
八、光纤收发器电源计算
TOP221y：保护动作电流 IцMIT=0.23～0.28A
f=100000Hz
VDS(ON)=10V
U1min=160V
P0=5W
V0=5V
η=0.7
Z=0.5
KRP=0.6
VSDmax≤135V
VOR=100V VF1=0.4V
V1min= *U1min=224V
EE20:AL=1.76µH/N2
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许多，这是因为漏感太大，波形变坏，在开关脉冲上有高的过冲尖峰波形，
经整流将是虚高的直流电压，加负载后电压立即下降。为了减小漏电感的影
响，将初级绕组分为两部分，最里半组最外半组，用以提高耦合度，减小漏
电感，当然这会给绕制和绝缘处理增加难度，但性能是大有提高，特别是多
组输出的变压器更是如此。取样绕组绕满一层或多层，并将其它次级包围，
在有些高安全设计中，共模抑制电容两端并有一只 1W 470K～680K 的电阻。 当电源关断后，电容可能存有电量，人们不小心接触电源插头就可能触电，该
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电阻就是在关机后迅速放掉电容剩余电压，提高安全性。
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当接通电源，TOP 芯片工作，反馈绕组（实则是供电绕组）直流电压通过光
耦加在芯片控制端，该电压 5.7V 自动重启动进入启动状态，根据交流输入电压
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i) 其它
Cin=3µF/W(85～265V AC) IP=IR/KRP
IP=
P0
+
VImin * Dmax *η
IR 2