一种正激变换器开关电源设计方案方法
正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解
正激反激式双端开关电源高频变压器设计详解高频变压器作为电源电子设备中的重要组成部分，起到了将输入电压进行变换的作用。
根据不同的使用环境和要求，电源电路中的电感元件可分为正激式、反激式和双端开关电源。
下面就分别对这三种电源的高频变压器设计进行详解。
1.正激式电源变压器设计正激式电源变压器是将输入电压通过矩形波进行激励的一种变压器。
其基本结构包括主磁线圈和副磁线圈两部分，主磁线圈用来耦合能量，副磁线圈用来提供输出电压。
正激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。
(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。
(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。
(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。
2.反激式电源变压器设计反激式电源变压器是通过反馈控制来实现变压的一种变压器。
其基本结构包括主磁线圈、副磁线圈和反馈元件等。
反激式电源变压器的设计主要有以下几个步骤：(1)确定主磁线圈的匝数和磁芯的截面积：根据输入电压和电流来确定主磁线圈的匝数，根据输出电压和电流来确定磁芯的截面积。
(2)计算主磁线圈的电感：根据主磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(3)选择磁芯材料：磁芯材料的选择要考虑其导磁性能和能量损耗等因素。
(4)确定副磁线圈的匝数：根据主磁线圈的输入电压和输出电压的变换比例来计算副磁线圈的匝数。
(5)计算副磁线圈的电感：根据副磁线圈的截面积和匝数来计算电感值。
(6)确定绕线方式和结构：根据磁芯的形状和结构来确定绕线方式和结构。
(7)选择合适的反馈元件：根据反馈控制的需要来选择合适的反馈元件，并设计合适的反馈回路。
正激式电源设计方法
方式，或者以输出返回端为参考。 • 最多一个独立输出 • 最多使用一个磁放大器的二次稳压电路，且只用于主
输出的次级绕组上 • 在任意输出上都可使用线性二次稳压电路
设计流程
图3为设计方法中主要设计步骤的简要流程图。其中重要 的决策步骤包括选择适合于应用的合适的TOPSwitch-GX器 件以及设计者对整个设计的满意度。
Estimate peak primary current Select TOPSwitch-GX from
current and power guidelines
Are parameters
No
within TOPSwitch-GX
boundaries?
Yes
Design transformer Compute operational parameters
RA
Clamp Diode
RB
Under-Voltage Lockout Sense
VDB+– VZ+– RC
+VDB –
Bias + Voltage
–
CVS
D
L
RD
TOPSwitch-GX
CONTROL
C
U1
S
F
Output Inductor
+
Output Capacitor
VO
–
TL431 with Frequency Compensation
这里介绍的设计方法足以涵盖各种单端正激的设计，包括 个人计算机用电源。其中包含具有耦合电感的多路输出的 设计、各输出独立的多路输出设计以及采用线性或磁放大 器二次稳压的多路输出的设计。
基于单管正激式的高效率开关电源的设计
基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种能够将输入电源有效地转换为所需输出电源的电力转换装置。
在实际应用中，高效率开关电源已经取代了传统的线性电源，更广泛地应用于各个领域。
一种常见的高效率开关电源设计是基于单管正激式的设计。
该设计方案具有简单、成本低廉、效率高等特点。
该设计方案的核心元件是一只功率MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。
该MOS管作为开关，能够根据控制信号开启或关闭，从而实现电源的稳定输出。
MOS管的导通损耗较小，能够在高频率下工作，因此能够提高电源的转换效率。
设计方案的第一步是根据需要确定输入电源的范围和输出电源的需求。
通过采集输入电源的直流电压，可以确定MOS管的工作区间，从而选择合适的MOS管。
接下来，设计师需要根据输出电源的需求确定转换电路。
转换电路的核心是开关频率发生器，用于控制MOS管的开关频率。
开关频率的选择需要考虑到输出电源的负载特性和所需的转换效率。
通常情况下，开关频率越高，转换效率越高，但开关损耗也会增加。
在设计过程中，还需要考虑到输出电源的稳定性和电源滤波的问题。
稳压器是非常重要的一个模块，用于确保输出电压的稳定性。
电源滤波是为了减少开关频率带来的干扰和噪音，提高输出电源的纯净度。
最后，设计师需要进行电路模拟和实验验证。
通过电路模拟软件，可以模拟不同工作条件下的电源转换效率和稳定性。
随后，可以通过实验验证电路的性能，并对其进行调整和优化。
总结起来，基于单管正激式的高效率开关电源设计是一项复杂但非常有挑战性的任务。
设计师需要充分了解输入电源和输出电源的需求，合理选择核心元件和电路拓扑，进行模拟和实验验证，最终实现高效率的电源转换。
这种设计方案在各个领域中都有着广泛的应用前景。
单管正激式开关电源变压器设计
单管正激式开关电源变压器设计引言：设计目标：设计一个单管正激式开关电源变压器，输入电压为220V，输出电压为12V，输出电流为1A。
主要的设计目标如下：1.高能效：确保转换效率达到90%以上。
2.稳定性：在负载变化范围内，输出电压波动小于5%。
3.安全性：确保设计的变压器具有过载和短路保护功能。
4.成本：在满足以上要求的情况下，尽量降低设计成本。
设计过程：1.计算变压器的变比：由于输入电压为220V，输出电压为12V，所以变压器的变比为220/12=18.332.计算次级电流：输出电流为1A，因此次级电流为1A。
3.计算主磁环的Ae（过剩面积）：根据磁环材料的选择，可以得到主磁环的Ae值。
4.计算主磁环的直径D：根据所选择的磁环材料的饱和磁感应强度，可以得到主磁环的直径D。
5.计算次级绕组的匝数：次级绕组的匝数可以根据变比计算得出。
6.计算次级绕组的截面积：由于次级电流和次级绕组匝数已知，可以计算出次级绕组的截面积。
7.选择铁芯截面积：根据所需的变压器功率，可以选择合适的铁芯截面积。
8.计算输出电压波动：根据设计目标的要求，计算负载变化时输出电压的波动范围。
9.设计过载和短路保护：根据设计目标的要求，设计过载和短路保护电路，以确保变压器的安全性。
设计要点：1.磁环材料的选择：磁环材料应具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗，以提高变压器的效率。
2.绕组材料的选择：绕组材料应具有良好的导电性和低电阻，以减小损耗和提高效率。
3.绝缘材料的选择：绝缘材料应具有良好的绝缘性能和耐高温性能，以确保变压器的安全性和可靠性。
4.冷却系统的设计：变压器在工作中会产生一定的热量，需要设计合适的冷却系统，以保持变压器的温度在安全范围内。
总结：单管正激式开关电源变压器是一种常见的电源转换器，设计时需要考虑效率、稳定性、安全性和成本等因素。
在设计过程中，需要计算变压器的变比、次级电流、主磁环的Ae和直径、次级绕组的匝数和截面积，选择合适的铁芯截面积，设计合适的过载和短路保护电路，并选用合适的磁环材料、绕组材料和绝缘材料。
100W单端正激开关电源方案分享之主电路设计
100W 单端正激开关电源方案分享之主电路设计
单端正激式开关电源的设计和研发工作，对于很多工程师来说都是非常熟悉的了，这种开关电源在家电以及加工制造等领域是比较常见的。
本文将会在这里为大家分享一种100W 的单端正激开关电源设计方案，这一开关电源适合小功率应用方向的选择，设计相对简单易操作。
在今天的文章中，将会着重分享这一方案的主电路设计情况。
100W 单端正激开关电源的技术指标
本方案所设计的这种100W 单端正激式开关电源的技术指标要求是，输入市电220V/50HZ，输出12V/4A，工作温度为-40℃～+85℃，工作频率200～250KHZ，隔离电阻大于200MΩ，输入电压范围为交流176V～
260VAC/50HZ。
这一方案中的主要技术要求是输出电压精度维持在±1%左右，输出纹波需要控制在VP-P≤1%，负载调整率（主路）±0.5%。
同时，这一方案还要求输出具有短路保护功能，并能自动恢复。
效率η>82%。
主电路框架设计
下图图1 所示是本方案所选择的单端正激式开关电源电路的典型结构，可以看到，这一电源主要由整流滤波电路、DC/DC 变换电路、开关占空比控制电路以及取样比较电路等模块构成。
在这一单端正激式的开关电源主电路结构中，其前级整流滤波电路的主要作用是被用来消除来自电网的干扰，同时这一电路的设计也能够有效的防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散，并将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。
变换器是这一单端正激式开关电源的关键部分，在电源正常运行时，变换器可以把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔。
正激式开关电源设计
正激式开关电源设计卢 灿(中国兵器工业第214研究所 蚌埠 233042)摘 要 正激式变换器具有外围电路简单、电压和电流应力小、抗过载能力强、不易饱和、易于集成等许多优点,是中小功率降压式隔离DC /DC 变换器最常使用的拓朴之一。
本文将对其拓朴原理、磁复位电路选择、变换器设计、反馈电路设计、滤波电路设计等几个方面对其进行详细的介绍。
关键词 正激变换器 磁复位 DLC Snubber1 引 言正激式开关电源变换器在中小功率隔离降压型DC /DC 电源模块中有着广泛的应用。
其主变压器只是作为传递能量和电压变换的作用,启动电流﹑输出纹波和所需要的滤波电容均较小。
在开关转换过程中不存储能量,少量的剩余能量,可以通过简单的复位电路设计,就可以保证其在大动态重负载下不会磁饱和,电路工作稳定。
由于其磁芯不需要开气隙,因而漏感较小,具有小的电压尖峰。
另外,其峰值电流也较小,传输能量大,相同的传输功率所需要的磁芯较小,易于集成。
2 工作原理图1 原理框图 如图1所示,变换器由输入滤波、高频变压器、开关控制、吸收和复位电路、输出整流滤波和隔离反馈等六部分组成。
高频变压器和开关控制组成变换器的主体,实现能量的储存和传递以及电压的变换。
隔离反馈控制电路根据输出电压和负载的变化,动态调整变换器开关管的占空比,使输出电压保持稳定。
吸收和输入滤波电路对变换器产生的浪涌电流和尖峰电压进行吸收,以保证电路正常工作和降低纹波对输入和输出的影响。
输出整流滤波电路完成变换器输出能量的存储和第25卷第4期2007年12月 集成电路通讯J ICH EN GD I ANLU TON GXUN Vol .25 No .4Dec .2007输出电压的整型,保证恒定的直流输出。
3 变换器原理如图2所示为变换器原理图,T R1为变压器, V in为输入电压,Vcc是辅助供电电源,CS为电流采样输入端。
D2和D3为整流二极管,其与输出滤波电感和电容一起组成整流滤波电路。
基于单管正激式的高效率开关电源的设计
基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种电子电源，通过使用开关器件（如晶体管或MOSFET）以高效地转换输入电源的电压至所需的电压输出。
相比传统的线性电源，开关电源具有更高的效率和更小的体积。
本文将基于单管正激式的高效率开关电源进行设计。
首先，我们需要选择适合的开关器件。
常用的开关管有MOSFET和BJT。
在本设计中，我们选择使用MOSFET。
MOSFET具有较低的导通电阻和较高的开关速度，能够提供更高的效率。
接下来，我们需要设计正激式电源的基本电路。
正激式电源通常由脉宽调制（PWM）控制器、功率开关、功率变压器和输出滤波器等组成。
PWM控制器用于控制功率开关的开关信号，调整输出电压和电流。
常见的PWM控制器有TL494、SG3525等。
选择合适的PWM控制器并根据设计要求进行参数设置。
功率开关是用来控制输入电源与输出负载之间的连接和断开。
在本设计中，我们采用MOSFET作为功率开关，使用PWM控制器的输出信号来控制MOSFET的导通和截止。
功率变压器用于变换输入电压至所需的输出电压。
根据设计参数和要求，选择合适的功率变压器，并计算出合适的变比。
输出滤波器用于滤除开关频率的高频噪声，并平滑输出电压。
常见的输出滤波器包括电容滤波器和电感滤波器。
根据设计要求选择合适的滤波器并进行参数计算。
在设计过程中，需要对电源的输入电压范围、输出电压和电流进行仔细的选择和计算。
同时，需要考虑电源的功率损耗和效率。
通过合理的设计和选择，可以实现高效率的开关电源。
最后，为了确保设计的可靠性和安全性，需要进行电路的模拟和实际验证。
通过使用仿真软件进行模拟和调试，可以预测和解决潜在的问题。
同时，进行实物电路的组装和测试，验证设计的性能和参数是否满足要求。
综上所述，基于单管正激式的高效率开关电源的设计需要选择适合的开关器件、设计基本电路和参数，并进行模拟和实际验证。
通过合理的设计和选择，可以实现高效率、稳定和可靠的开关电源。
正激式开关电源的设计讲解
7-3 正激式开关电源的设计 中山市技师学院 葛中海由于反激式开关电源中的开关变压器起到储能电感的作用，因此反激式开关变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。
反激式在20～100W 的小功率开关电源方面比较有优势，因其电路简单，控制也比较容易。
而正激式开关电源中的高频变压器只起到传输能量的作用，其开关变压器可按正常的变压器设计方法，但需考虑磁复位、同步整流等问题。
正激式适合50～对于正向激励开关电源，D 选为40%～45%较为适宜。
最大导通时间max ON t 为max ON t =T ⨯max D （7-24）max D 是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件、输出二极管的耐压与输出保持时间、变压器以及和输出滤波器的大小、转换效率等都有很大影响。
此处，选max D =45%。
由式（7-24），则有max ON t =5μs ⨯0.45=2.25μs正向激励开关电源的基本电路结构如图7-25所示。
式中，F V 是输出二极管的导通压降，L V 是包含输出扼流圈2L 的次级绕组接线压降。
由此可见，图7-26所示A 面积等于B 面积，C 是公共面积，因此，真正加在负载上的输出电压O V 更小。
次级7-26）把7-27）变压器初级的匝数1N 与最大工作磁通密度m B （高斯）之间的关系为1N ≥SB t V m ON in ⨯⨯maxIm ⨯410 （7-28）式中，S 为磁芯的有效截面积（mm 2），m B 为最大工作磁通密度。
输出功率与磁芯的尺寸之间关系，见表2-3所示。
根据表2-3粗略计算变压器有关参数，磁芯选EI-28，其有效截面积S 约为85mm 2，磁芯材料相当于TDK 的H7C4，最大工作磁通密度m B 可由图7-27查出。
m B ∆inIm 也就是说，选定变压器初、次级绕组分别为27和2匝，为了满足最低输入电压时还能保证输出电压正常，开关电源的最大占空比max D 约为42.5%，开关管的最大导通时间max ON t 约为2.1μs 。
正激式开关电源设计
正激式开关电源设计摘要开关电源类型繁多，而正激式开关电源是其中受到广泛运用于众多领域，因为其电路简单，易于集成，且不容易饱和与适合多路输出等突出特点。
所以在本论文中使用的主电路是单端正激式变换器，其是由变压器、开关管组成，用来对电能进行处理。
本论文也对由芯片UC3842组成的结构电路进行分析说明，并且其还要控制MOS管的导通截止，由稳压器供给启动电压，反馈电路中TL431与PC817为主要部分，电容首要会进行整流滤波对干扰等有清除作用，易于系统的稳定，从而完成本设计。
关键词：开关电源；正激式；TL431；UC3842一、绪论在能源的应用领域中，会伴随着人类的发展衍生出愈来愈多的相关的分支，这自然是因为电源的技术不断发展，这就导致了半导体技术、软件技术、控制技术等都会实验运用与开关电源，这会使得人类的电源技术提升到一个不可思议的阶段，在这个阶段里高效率、频率等性能都会提上一大截。
在众多数量的领域之中，军事、工业、运输、网络、建筑业等等都已经在大范围地应用这些新奇的电源技术，而这些技术也大大的促进的这些领域的发展。
电源技术承担关键的角色与大多数领域之中。
正如电网供电的系统等，是需要其可靠、安全、经济。
正激式变换器历史不算悠长，但自从其出现之始，迅速地占有了市场的过半数。
虽然其历史并不长，但是有关拓扑等已被研发者们重新地进行改进抑或是尝试新发展无数次了。
正激式变换器与其他变换器相比长处很多，比如简单的电路拓扑、低损耗的同时又具备高效率，对于输出大电流输出功率不会受到变压器等因素干扰，这也是正激式变换器能够占据市场的优势。
二、主电路的设计与元器件的选择输入交流电压经过不控整流桥（D1、D2、D3、D4）和稳压电路（C1、C2）产生直流电压。
在工作频率的正半周中，二极管D1、D4被接通，二极管D2、D3被关断，这时，二极管D2、D3受到与输出工作频率的电压相同的输入工作频率，而二极管D2、D3在输出工作频率的负半循环中被接通，并且二极管D1、D4被关断，这时，二极管D1、D4所受到的是输入工作频率的压力，并且所述电容器C1、C2也接受所述的输入工作频率电压。
开关电源设计技巧连载十正激式变压器开关电源电路参数的计算
开关电源设计技巧连载十正激式变压器开关电源电路参数的计算正激式变压器开关电源是一种常见的电源设计方案，广泛应用于各种电子设备中。
在设计正激式变压器开关电源时，我们需要计算一些电路参数来保证电源的正常工作。
以下是正激式变压器开关电源电路参数的计算方法。
1.输入电压计算：首先，需要确定正激式变压器开关电源的输入电压范围。
一般情况下，输入电压范围是根据电源的应用场所和要求来确定的。
例如，对于工业设备，输入电压范围一般为220VAC；对于电子设备，输入电压范围一般为110VAC。
因此，需要根据输入电压范围来选择合适的变压器。
2.输出电压计算：根据电源的应用场景和要求，确定所需的输出电压。
一般情况下，正激式变压器开关电源的输出电压范围是根据设备的工作电压要求来确定的。
例如，对于一些低功率的电子设备，输出电压一般为5VDC；对于一些高功率的电子设备，输出电压一般为12VDC或者24VDC。
因此，需要根据输出电压范围来选择合适的变压器和输出电路参数。
3.开关频率计算：开关频率是指开关管的开关频率，它决定了电源的工作频率。
一般情况下，开关频率是根据设备的工作要求来确定的。
例如，对于一些需要高效节能的设备，开关频率一般选择在20kHz以上；对于一些功率较低的设备，开关频率一般选择在50kHz以上。
因此，需要根据设备的工作要求来确定开关频率。
4.输出电流计算：输出电流是指电源输出给负载的电流，它决定了电源的输出功率。
一般情况下，输出电流是根据设备的功率要求和负载电阻来确定的。
例如，对于一些低功率的电子设备，输出电流一般在1A以下；对于一些高功率的电子设备，输出电流一般在10A以上。
因此，需要根据设备的功率要求和负载电阻来确定输出电流。
5.开关管参数计算：正激式变压器开关电源中的开关管是承担开关功能的主要器件。
在选择开关管时，需要根据前面计算的电路参数来确定合适的开关管。
例如，需要根据输入电压、输出电压、开关频率和输出电流来确定开关管的导通压降、导通电阻、关断速度和功耗等参数。
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例作为功率变压器的一个设计实例，下面我们将设计正激式变换器中的变压器。
显然，这种变压器也不是用于我们的buck变换器中。
现在，我们考虑设计要求：输入电压为直流48V(简便起见，不需要考虑进线电压的波动范围)，输出电压为5V，功率100W，开关频率为250kHz，基本电路图如图所示。
容易得到，输出电流为100W／5V=20A。
这个电流值是比较大的，为了减少绕组电阻，副边的线圈匝数应该尽量取小。
这意味着取变比(原边匝数除以副边匝数)的时候，副边最少匝数取为1。
我们来看看变比为整数时会出现什么问题。
1 匝数比=1：1匝数比=1：1，即原边与副边的匝数相等。
当开关导通时，48V输入电压全部加在变压器的原边。
同样，副边也得到48V的电压(忽略漏感)，并加于续流二极管两端。
实际上，具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。
48V的电路中，至少要采用电压为60V的器件，如果电压有过冲或者输入电压有波动，那么要求采用更高电压的器件。
二极管的反向阻断电压越高，其通态电压也越高，变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中，整流二极管的通态电压是一个常见的问题。
原因很明显：电感中的电流要么流过整流二极管，要么流过续流二极管，无论哪种情况，在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。
二极管的损耗使变换器效率进一步下降。
这部分功率不在总功率V outI之中。
解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器，但是其驱动非常复杂(同样的道理，当输出Vout降到3.3V，甚至更低时，必须使用同步整流器)。
不管怎么样，对于一个高效率的变换器而言，如果不采用同步整流器，1：1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
2 匝数比=2：1这时原边匝数是副边的2倍，所以加在原边的电压为48V，副边和二极管上的电压为24V，可以使用肖特基功率二极管。
正激式变换器占空比近似为DC=V out／Vsec=5V／24V=21％(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。
正激式开关电源的设计
7-3 正激式开关电源的设计中山市技师学院 葛中海由于反激式开关电源中的开关变压器起到储能电感的作用，因此反激式开关变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。
反激式在20～100W 的小功率开关电源方面比较有优势，因其电路简单，控制也比较容易。
而正激式开关电源中的高频变压器只起到传输能量的作用，其开关变压器可按正常的变压器设计方法，但需考虑磁复位、同步整流等问题。
正激式适合50～250W 之低压、大电流的开关电源。
这是二者的重要区别！7.3.1 技术指标正激式开关电源的技术指标见表7-7所示。
表7-7 正激式开关电源的技术指标7.3.2 工作频率的确定工作频率对电源体积以及特性影响很大，必须很好选择。
工作频率高时，开关变压器和输出滤波器可小型化，过渡响应速度快。
但主开关元件的热损耗增大、噪声大，而且集成控制器、主开关元件、输出二极管、输出电容及变压器的磁芯、还有电路设计等受到限制。
这里基本工作频率0f 选200kHz ，则301020011⨯==f T =5μs 式中，T 为周期，0f 为基本工作频率。
7.3.3 最大导通时间的确定对于正向激励开关电源，D 选为40%～45%较为适宜。
最大导通时间max ON t 为max ON t =T ⨯max D （7-24）max D 是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件、输出二极管的耐压与输出保持时间、变压器以及和输出滤波器的大小、转换效率等都有很大影响。
此处，选max D =45%。
由式（7-24），则有max ON t =5μs ⨯0.45=2.25μs正向激励开关电源的基本电路结构如图7-25所示。
图7-25 正向激励开关电源的基本电路结构7.3.4 变压器匝比的计算1．次级输出电压的计算如图7-26所示，次级电压2V 与电压O V +F V +L V 的关系可以这样理解：正脉冲电压2V 与ON t 包围的矩形“等积变形”为整个周期T 的矩形，则矩形的“纵向的高”就是O V +F V +L V ，即()ON F L O t TV V V V ⨯++=2 （7-25）式中，F V 是输出二极管的导通压降，L V 是包含输出扼流圈2L 的次级绕组接线压降。
基于UC3843PWM控制的正激式多路直流稳压的开关电源设计
基于UC3843PWM控制的正激式多路直流稳压的开关电源设计概述：直流稳压开关电源是一种能够提供可调输出电压的电源，通过采用UC3843PWM控制芯片，可以实现直流电源的自动调节和稳定输出。
本文将详细介绍如何使用UC3843PWM控制芯片设计一个正激式多路直流稳压开关电源。
1.系统分析和设计需求首先，需要明确系统的总体设计需求。
比如输出电压范围、输出电流、稳定性和效率等。
根据这些需求，设计师可以选择适当的开关电源拓扑结构和控制策略。
在本文中，我们将使用正激式拓扑结构，并通过UC3843PWM控制芯片实现稳压功能。
2.开关电源拓扑选择在本设计中，我们选择了正激式拓扑结构，因为它能提供高效率和较好的输出质量。
3.功率级选择根据输出功率和电压范围，选择合适的功率级元件，如开关管和输出电感等。
在这里，我们可以选择MOSFET作为开关管，磁性元件可以选择高频变压器和电感器。
4.控制策略选择选择适当的控制策略可以实现对输出电压的调节和稳定控制。
在本设计中，我们将使用UC3843PWM控制芯片来完成这个任务。
该芯片具有丰富的功能，包括频率锁定、电流限制和软启动等。
5.基于UC3843的控制电路设计根据UC3843芯片的数据手册，设计基于UC3843的控制电路。
该控制电路包括反馈电路、比较器和调整电源等。
其中，反馈电路用于测量输出电压并与参考电压进行比较，以调节PWM控制信号。
比较器用于比较反馈电压和参考电压，生成PWM控制信号。
调整电源用于为UC3843芯片提供工作电压。
6.输出滤波器设计输出滤波器用于平滑开关电源输出的脉冲波形，以获得稳定的直流输出电压。
常见的输出滤波器包括电容器和电感器等元件的组合。
7.样品制作和实验验证根据上述设计，制作样品电路并进行实验验证。
在实验过程中，需要测量和记录各种参数，如输出电压、输出电流、开关频率和效率等。
8.优化和改进根据实验结果进行分析和优化，对设计进行改进，以满足设计需求。
一种基于正激变换器的开关电源设计方法
一种基于正激变换器的开关电源设计方法
郑慧;汤天浩;韩金刚
【期刊名称】《变频器世界》
【年(卷),期】2005(000)006
【摘要】本文通过对正激变换器拓扑进行等效变换，推导出其参数计算公式，并用Pspice对正激变换器电路进行仿真验证。
最后，设计一个以双管正激电路为主电路的开关电源，并给出了Pspice的仿真结果。
【总页数】4页(P35-38)
【作者】郑慧;汤天浩;韩金刚
【作者单位】上海海事大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.一种开关电源环路补偿的工程设计方法∗ [J], 刘丽媗;刘金海
2.开关电源中有源钳位同步整流正激变换器的分析 [J], 周卫宏;白明友;孙陆平
3.一种保护装置BUCK开关电源的PCB优化设计方法 [J], 陈颢;王伏亮;王宁;葛永高
4.一种DC/DC开关电源的模块化设计方法 [J], 杨旭东
5.一种低交叉调整率的多路输出正激变换器设计方法 [J], 程红丽;田富涛;李勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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一种基于正激变换器的开关电源设计方法
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1 引言
经过多年的发展，开关电源技术已经取得了很大成功，其应用也十分普遍和广泛。
但因其结构复杂，涉及的元器件较多，以及要降低成本、提高可靠性，仍存在一些问题需要解决。
例如:电源的设计和生产需要较高的技术支持;电路的调试要有实际经验，也有一定的难度。
对于第一个问题，由于目前各种开关电源虽然形式多样，结构各异，但其大都源于几种基本的dc-dc变换器拓扑结构，或者是这些基本电路组合，因此，可以对几种基本dc-dc变换器进行分析，将已有的电路设计公式应用于实际开关电源的设计。
对于第二个问题，随着计算机硬件和软件的发展以及仿真技术的不断完善，人们可以利用仿真技术来解决开关电源产品开发和生产中存在的问题。
本文在对基本的buck变换器电路拓扑分析的基础上，对与之相关的正激变换器和双管正激变换器进行了分析，发现可以通过等效变换，从buck变换电路的设计公式中推导出正激变换和双管正激变换电路的参数计算公式;此外，采用pspice仿真软件进行了电路仿真试验，仿真结果证明了开关电源电路设计的正确性。
2 buck变换的拓扑结构与参数设计
基本buck变换器的电路拓扑结构如图1所示，由电压源vi、串联开关s、续流二极管vd和由lc组成的电流负载组合而成，其中l的大小决定输出电流纹波，而输出电压纹波则由c决定，这是最基本的一种直流变换器。
图1 基本的buck变换器
文献[1]给出了buck变换器的电路设计公式，根据buck变换器的输出公式:
式中:ρ为占空比，且有:ρ＝ton/t，则ρ＝vo/vi。
电感l的计算公式为:
式中:f为开关频率;
iomin为输出最小电流。
而电容c的计算公式为:
式中:δvo为输出电压纹波。
3 正激变换的公式推导
3.1 拓扑结构与工作模式
一个单管正激变换器的主电路拓扑结构如图2所示，由于正激变换器是在基本的buck型变换器基础上多了一个隔离变压器t1、一个二极管vd1和一个由回收绕组n3和箝位二极管vd3构成的复位电路。
由于电路形式发生了变化，所以设计时不能直接使用上述基本buck变换器的参数计算公式。
本文通过对正激变换器工作模式的分析，采用等效变换方法将正激变换器等效为一个基本的buck变换电路，由此可将基本buck变换电路的参数计算公式(2)和(3)推广到一类正激变换器的参数计算，建立新的设计公式。
图2 单管正激变换器主电路结构
正激变换器的工作模式为:
(1) 当v1导通时，二极管vd1导通，输入电网经变压器耦合向负载传输能量，此时，滤波电感l1储能;
(2) 当v1截止时，二极管vd1截止，电感l1中产生的感应电势使续流二极管vd2导通，电感l1中储存的能量通过二极管vd2向负载释放。
3.2 等效变换与参数计算
根据对正激变换器工作模式的分析，可以发现二极管vd1的通断与开关管v1的通断同步，因此可以将二极管vd1用一个等效开关管v代替，如果可以忽略v1的导通压降，则变压器副边绕组的感生电压为:
式中:k为变压器的匝比，且有k＝n1/n2。
如果用一个大小为vi′的电压源代替变压器副边绕组，就可以将整个正激变换器的输出边等效变换为一个基本的buck变换器。
等效电路如图3所示，图中用开关v代替了图2电路中的开关管v1与二极管vd1的作用。
由此，通过等效变换的正激变换器主电路拓扑结构与图1所示的基本buck变换器的拓扑结构一致。
这样，就可以采用基本buck变换器的参数计算公式(2)和(3)来设计正激变换器。
图3 等效buck变换器
由图3可将公式(2)和(3)推广，得到等效后的正激变换器参数计算:
（1）占空比的计算:
（2）滤波电感的计算:
（3）滤波电容的计算:
式(5)、(6)和(7)即为正激变换器的参数计算公式，从式(5)可知占空比不仅与输入输出电压有关，还跟变压器的匝比有关，与式(2)和式(3)相比，滤波电容与电感的计算也多了一个变压器的匝比参数k。
3.3 计算公式验证
现通过pspice仿真来验证所推公式的正确性。
设计一个正激变换器，要求其输入电压为48vdc，输出电压为12vdc，输出电流为5a，输出电压纹波分量δvo 为1v，开关频率f为50khz。
先选定ρ＝0.4，即ton＝8μs，再由式(5)、(6)和式(7)算出变压器的匝数比为1.6，l1＝15μh，c1＝24μf，而rl＝vo/io＝2.4ω。
在pspice下绘制电气原理图，并对其进行暂态时域分析，仿真时间设为1ms。
仿真输出电压波形如图4所示，可以看出，其输出电压在0.2ms后就已经稳定在所要求的12v上了，其输出纹波也完全符合要求，从而证明前面所推公式是正确的。
图4 双管正激变换器主电路
4 开关电源设计举例
现利用上述方法，设计一个双管正激型开关稳压电源，要求输入电压为48vdc，输入变化范围为±5％，输出电压为12vdc，输出电压纹波范围为1v，输出电流为5a，开关频率为50khz。
（1）主电路参数计算
选取双管正激电路作为开关稳压电源的主电路，如图5所示。
其工作原理与单管正激变换器相同，只是这里的两个开关管同时导通和关断，且因为有vda、vdb，不需另外的复位电路。
控制电路则采用简单的电压控制模式。
图5 双管正激变换器主电路
这里可以直接用正激变换器的公式计算其参数。
由设计要求可知t＝1/f＝
20μs，r＝vo/io＝2.4ω，iomin＝11.5v/2.4ω＝4.79a。
由于双管正激电路占空比最大只能为0.5，因此可以选取当输入为45.6v(输入电压最小)时，占空比为0.45，然后由式(5)算出变压器的变比为7/4，由式(6)求出电感l=13μh，根据式(7)解出电容c=25μf。
(2) 控制电路参数计算
开关电源采用占空比控制方式，可分为电压模式控制和电流模式控制两大类。
电压模式控制仅有一个电压控制环，电流模式控制中还存在电流内环。
这里采用电压模式控制，如图6所示，运算放大器u1为电压控制器，运算放大器u2为比较器。
其控制原理为，取样于输出电压的反馈电压uf与给定电压v3相比较，经过比例积分环节，输出电压再与锯齿波v1比较，产生一个pwm波，去驱动开关管。
图6 开关稳压电源的控制电路
控制电路采用pi电压调节器，需要确定的参数有c2、r3和r2，还有输出采样电阻。
选取取样电压为输出电压的1/6，取样电阻的值最后根据调试结果确定。
根据不同要求的输出电压，调节可变电阻r6，以获得相应的给定电压。
取截止频率为开关频率的1/20，即τ=0.0004s。
取r2=10kω，先取放大倍数kp=10，则r3=100kω，c2=τ/r3=40pf。
5 仿真试验
将设计的开关电源用pspice进行仿真，首先在pspice下绘制电气原理图，仿真电路如图7所示。
再按上述步骤进行参数设计，最后进行仿真试验和电路调试，由于仿真试验的主要目的在于参数的确定和调试，因此，为简便起见可暂不考虑保护电路的作用。
调试后的各参数最佳值见图7。
图7 开关稳压电源电路原理图
将图7所示的开关电源控制电路图用pspice进行仿真，并进行暂态时域分析，仿真时间设为2ms。
仿真输出波形如图8所示:
图8 vi＝45v时的pwm波形、输出电压和取样电压波形
图9 vi＝48v时的pwm波形和输出电压
从图8可以看出，其输出电压和反馈电压均满足设计要求。
从图9和10可以看到，虽然输入电压发生了变化，但该系统能实现对占空比的自动调节，使其输出电压稳定在所要求的12v，而且输出纹波和稳定时间均满足设计要求。
图10 vi＝51v时的输出电压波形图
6 结束语
本文通过对正激变换电路进行等效变换，将基本buck变换器的参数计算公式推广到一类正激变换电路的参数设计，并采用pspice仿真软件进行正激变换器的仿真试验，仿真结果表明了所推导公式是正确的。
进而对开关电源进行了pspice 仿真、调试，证明了所推导的正激变换器参数计算公式适用于所有隔离型buck 变换电路。