开关电源设计案例

技术要求：输入电压Vin：90-253Vac

输出电压Vo：27.6V

输出电流Io：6A

输出功率Po：166W

效率η：0.85

输入功率Pin：195W

一、输入滤波电容计算过程：

上图为整流后滤波电容上电压波形，在最低输入电压下，如果我们想在滤波电容上得到的电压Vdc为115V，则从上图可以得到:

Vpk=90*1.414=127V

Vmin=Vdc-(Vpk-Vdc)=103V

将电源模块等效为一个电阻负载的话，相当于在T3时间内电容对恒定功率负载进行放电，电容电压降低（Vpk-Vmin）V。

Idc*T3=C*△V

其中：

△V=Vpk-Vmin=127-103=24V

关键部分在T3的计算，T3=t1+t2，t1为半个波头，时间比较好算，对于50Hz的交流来说，t1=5mS，然后就是计算t2,其实t2也很好计算，我们知道交流输入电压的公式为

Vx=Vpksinθx，根据已知条件，Vx=103V，Vpk=127V，可以得到θx=54度，所以t2=54*10ms/180=3mS，T3=t1+t2=8mS。

C=1.7*8/24=0.57mF=570uF

二、变压器的设计过程

变压器的设计分别按照DCM、CCM、QR两种方式进行计算，其实QR也是DCM的一种，不同的地方在于QR的工作频率是随着输入电压输出功率的变化而变化的。

对于变压器磁芯的选择，比较常用的方法就是AP法，但经过多次具体设计及根据公司常用型号结合，一般可以直接选择磁芯，象这个功率等级的反激，选择PQ3535的磁芯即可。磁芯的参数如下：AE=190mm2,AL=4300nH，Bmax≥0.32T

1）DCM变压器设计过程：

开关频率选择80K，最大占空比选择0.48，全范围DCM，则在最低输入电压Vdc下，占

空比最大，电路工作在BCM 状态，根据伏秒平衡，可以得到以下公式，

Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，

从而计算反射电压为Vor=95V

匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf 为整流二极管压降

计算初级匝数

计算副边匝数 Ns=Np/n=6.32，选择7匝，

则原边匝数调整为 Np=3.32*7=23匝

计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V 设计，要求在20V 输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择4匝。

初级电感量 Po=0.5L*I*I*F/η I=Vinmin*Dmax/(L*F)

，

将各个参数代入，得到L 值 L=78uH 初级电流峰值：

A F L D Vdc Ipk L 9.81080107848.0115max 36=****=**=

-

初级电流有效值：A D Ipk I L L RMS 6.33max =*=

次级电流有效值：A D n Ipk Irms L

3.123max 1=-**= 根据电流有效值，可以选择变压器线径，根据匝数绕电感后，调整气息使电感量满足要求，即可得到合适的变压器。

以下黄色字体部分，是根据batteryli 提到，对于DCM ，变压器的△B 值可以适当选的大一些，从而降低匝数减小漏感，可以减小尖峰。因此按照△B=0.2设计的变压器。

开关频率选择80K ，最大占空比选择0.48，全范围DCM ，则在最低输入电压Vdc 下，占空比最大，电路工作在BCM 状态，根据伏秒平衡，可以得到以下公式，

Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，

从而计算反射电压为Vor=95V

匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf 为整流二极管压降

计算初级匝数

计算副边匝数 Ns=Np/n=4.8，选择5匝，

则原边匝数调整为 Np=3.32*5=17匝

计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V 设计，要求在20V 输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择3匝。

初级电感量 Po=0.5L*I*I*F/η I=Vinmin*Dmax/(L*F)

，

将各个参数代入，得到L 值 L=78uH

初级电流峰值：

A F L D Vdc Ipk L 9.81080107848.0115max 36=****=**=

-

初级电流有效值：A D Ipk I L L RMS 6.33max =*=

次级电流有效值：A D n Ipk Irms L

3.123max 1=-**= 根据电流有效值，可以选择变压器线径，根据匝数绕电感后，调整气息使电感量满足要求，即可得到合适的变压器。

2）CCM 变压器设计过程：

CCM 变压器的设计，必须首先确定一个负载点，在该状态下，变压器工作在BCM 状态下，如果负载继续增加则进入CCM ，如果负载减小，则进入DCM ，一般情况下，我会选择最低输入电压下额定负载的70%为BCM 状态。

70%负载情况下，输出功率为P 0.7=27.6*6*0.7=116W ，因此峰值电流为

A D V P I dc PK 94.485

.0*48.0*11511622max 7.07.0=*=***=η， 从这个时刻，如果继续增加负载电流，变压器进入CCM 状态，占空比不变，所以，峰峰值电流也就是这个值，因此ΔI=4.94A

满载情况下，输入平均电流

A V p I dc in in 7.1115

195=== 设峰值电流为I PK 则 (I PK +I PK -4.94)×D/2=in I

I PK =6A

根据△I 占Ipk 的比例，确定△Bmax ，△Bmax/Bmax=△I/Ipk 得到△Bmax=4.94*0.32/6=0.26T ，选择△B 为0.18T ，计算变压器原边匝数

根据伏秒平衡，可以得到以下公式，

Vdc*Dmax=Vor*(1-Dmax)，

从而计算反射电压为Vor=95V

匝比 n=Vor/(Vo+Vf)=3.32 Vf 为整流二极管压降

副边匝数 Ns=18/3.32=5.4,选择6匝，

原边匝数调整为 Np=3.32*6=20

计算辅助绕组匝数，输出电压变化范围按照20-27.6V 设计，要求在20V 输出下辅助绕组能正常供电，所以，辅助绕组选择4匝。

根据△I=Vdc*Dmax/Lp*F ，可以得到变压器原边电感值