反激电源设计与仿真

吸收回路
• • • • • 吸收的作用？ 1、降低尖峰电压 2、缓冲尖峰电流 3、降低di/dt和dv/dt，即改善EMI品质 4、减低开关损耗，即实现某种程度的软开 关。 • 5、提高效率。提高效率是相对而言的，若 取值不合理不但不能提高效率，弄不好还 可能降低效率。
次级侧部分
吸收
分压
吸收回路
不知道莫工分析的RC吸收结果怎么样，请上传系统。 • 吸收的本质 ，什么是吸收？ • 在拓扑电路的原型上是没有吸收回路的，实际电 路中都有吸收，由此可以看出吸收是工程上的需 要，不是拓扑需要。 • 吸收一般都是和电感有关，这个电感不是指拓扑 中的感性元件，而是指诸如变压器漏感、布线杂 散电感。 • 吸收是针对电压尖峰而言，电压尖峰从何而来？ 电压尖峰的本质是什么？ • 电压尖峰的本质是一个对结电容的dv/dt充放电过 程，而dv/dt是由电感电流的瞬变（di/dt）引起的， 所以，降低di/dt或者dv/dt的任何措施都可以降低 电压尖峰，这就是吸收。
RCD电路电阻、二极管的计算
• 电阻R： 在变压器下半周期由截至变为导通时，C上的能量经R来释放，直到C上的电 压将到下次MOS管关断之前的反电动势Vrest，在放电的过程中，漏感电动 势ΔVpp是不变的，通过放电常数R、C和变压器关断时间的关系，可以求得 R的值，可以按周期T的63%计算： R×C=0.63T×（ Vrest+ ΔVpp ）/ ΔVpp 注释：T=1/f f：为变压器的工作频率。 R=0.63 （ Vrest+ ΔVpp ）/ （ΔVpp ×f ×C） 其功耗为：P= Le×Isc2×f/2 由于D和C上都有能量消耗，而且放电时间可能要短，所以该电阻的实际功耗 可按计算值的一半考虑。 P（实际）=P（计算值）/2 • 关于D的取值 • 耐压值要超过叠加值的10%。 • 电流要大于输入电流平均值的10%
选取压敏电阻的方法
• 压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持 续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一 般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。
• • • • • • •
a 为电路电压波动系数，一般取值1.2. Vrms 为交流输入电压有效值。 b 为压敏电阻误差，一般取值0.85. C 为元件的老化系数，一般取值0.9. √2 为交流状态下要考虑峰峰值。 V1mA 为压敏电阻电压实际取值近似值 通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规 定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超 过± 10％时的最大脉冲电流值。
NTC的作用
• NTC是以氧化锰等为主要原料制造的精细半导体电子陶瓷 元件。电阻值随温度的变化呈现非线性变化，电阻值随温 度升高而降低。利用这一特性，在电路的输入端串联一个 负温度系数热敏电阻增加线路的阻抗，这样就可以有效的 抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。当电路进入 稳态工作时，由于线路中持续工作电流引起的NTC发热， 使得电阻器的电阻值变得很小，对线路造成的影响可以完 全忽略。
NTC的选择公式
对上面的公式解释如下： 1. Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值； 2. Rn是热敏电阻在Tn常温下的标称阻值； 3. B是材质参数；(常用范围2000K~6000K) 4. exp是以自然数 e 为底的指数（ e =2.71828 ）； 5. 这里T1和Tn指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝 对温度)+摄氏度；
反激开关电源设计与仿真
开关电源的拓扑结构分类
• 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 • 10W-100W以内常用反激式拓扑（75W以 上电源有PF值要求） • 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 • 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 • 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 • 2000W以上 全桥
安规电容之--X电容
• • • • • • X电容主要用来抑制差模干扰 安全等级 峰值脉冲电压 等级（IEC664） X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— X电容没有具体的计算公式，前期选择都是依据经验值， 后期在实际测试中，根据测试结果做适当的调整。
反激开关电源特点
• 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市 场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎 常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电 压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容 或加LC噪声滤波器可以改善) • 以智邦30W为例，结合书本理论。
共模电感的作用
• 共模电感上，A和B就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同 一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制方向向反)。这样，当电 路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感 线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要 受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电 流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同 向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较 强的阻尼效果，以此衰减共模电流，抑制高速信号线产生的 电磁波向外辐射发射，达到滤波的目的。
MOS管（开关管）的选择
MOS管的耐压选择： Vdss=2*Vdcmax DS极间耐压要是两倍 的直流输入最大电压 MOS管的耐电流选择： Idrms=Iout*[1.2(Po/Vdcmin)/1-Dmax] Idrms:MOS所通过的电流有效值 Iout:输出电流 Po:输出功率 Vdcmin:最小输入直流电压值 Dmax：最大占空比 MOS的导通损耗计算 Psw=Idrms^2*Rds 有效电流值的平方乘上MOS内阻
EMI电路
• X电容，共模电感（也叫共模扼流圈 ），Y电容
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 根据IEC 60384-14,安规电容器分为X电容及Y电 容: • 1. X电容是指跨与L-N之间的电容器, • 2. Y电容是指跨与L-G/N-G之间的电容器.
安规电容之--X电容
• X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种 类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大, 而其内阻相应较小。 • X电容容值选取是uF级，此时必须在X电容的两端并联一 个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电 过程而致电源线插头长时间带电。 安全标准规定,当正在 工作之中的机器电源线被拔掉时,在1秒钟内,电源线插头两 端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的 37%。 • 作为安全电容之一的X电容,也要求必须取得安全检测机构 的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V 或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使 用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之 类的的普通电容来代用。
高压启动与RCD箝位电路
C的作用则是将该部分的能量吸收掉，其容量由下式决定： C=（Le×Isc2）/（ Vrest+ Δ Vpp ）2- Vrest2 这里的， Le：漏感，单端反激一般为40~100uH，低于40uH可不考虑，一般取50uH计算； Vrest：反电动势；2*n*Vout Δ Vpp：漏感电动势的峰值；8%*Vrest Isc：短路保护时变压器初级线圈流过的最大电流。Ipk^2
压敏电阻的作用
• 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非 线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏 电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而 实现对后级电路的保护。 • 主要作用：过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收 尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器 件等。 • 主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时 间等。 • 压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比 TVS管（瞬间抑制二极管）稍慢一些，一般情况下用 于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。
安规电容之--Y电容
• 交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线 （G）。在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的 电容, 这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相 关安全标准, 以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及 人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值 不能偏大,而耐压必须较高。 • Y电容主要用于抑制共模干扰 • Y电容的存在使得开关电源有一项漏电流的电性指标。
整流桥（桥堆）的计算
整流桥的耐压选择 整流桥的耐电流选择 5为输入电流有效值的倍数，经验值。 所选整流桥的正向管压降 所选整流桥的功率损耗计算
BUCK电容容值的计算
• 红线圈起的电阻为I C的高压启动电阻，电阻阻值的选择由IC特性决 定。 • 蓝线圈起的部分为RCD箝位电路(也称为关断缓冲电路)。此部分电路 主要用于限制MOS关断时高频变压器漏感的能量引起的尖峰电压和次 级线圈反射电压的叠加，叠加的电压产生在MOS管由饱和转向关断的 过程中，漏感中的能量通过D向C充电，C上的电压可能冲到反电动势 与漏感电压的叠加值，即：Vrest+ Δ Vpp。
保险管的计算方法
• • • • •
0.6为不带功率因数校正的功率因数估值 Po输出功率 η 效率（设计的评估值） Vinmin 最小的输入电压 2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是 理论值的1.5~3倍。 • 0.98 PF值
相关知识
关于功率因数
• 大部分用电设备中，其工作电压直接取自交流电网。所以电网中会 有许多家用电器、工业电子设备等等非线性负载，这些用电器在使用 过程中会使电网产生谐波电压和电流。没有采取功率因数校正技术的 AC-DC整流电路，输入电流波形呈尖脉冲状。交流网侧功率因数只 有0.5~0.7，电流的总谐波畸变（THD）很大，可超过100%。采用功 率因数校正技术，功率因数值为0.999时，THD约为3%。为了防止电 网的谐波污染，或限制电子设备向电网发射谐波电流，国际上已经制 定了许多电磁兼容标准，有IEEE519、IEC1000-3-2等。 • 功率因数的校正(PFC)主要有两种方法：无源功率因数校正和有源 功率因数校正。无源功率因数校正利用线性电感器和电容器组成滤波 器来提高功率因数、降低谐波分量。这种方法简单、经济，在小功率 中可以取得好的效果。但是，在较大功率的供电电源中，大量的能量 必须被这种滤波器储存和管理，因此需要大电感器和电容器，这样体 积和重量就比较大也不太经济，而且功率因数的提高和谐波的抑制也 不能达到理想的效果。有源功率因数校正是使用所谓的有源电流控制 功率因数的校正方法，可以迫使输入电流跟随供电的正弦电压变化。 这种功率因数校正有体积小、重量轻、功率因数可接近1等优点。
隔离开关电源框架结构图
EMI 整流滤波 变压器 次级整流滤波 输出
开关器件 采样反馈
PWM 控制IC
隔离器件
高压区域
低压区域
电源电路原理图
初级侧部分
第一个安规元件—保险管
• 作用： 安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不 受到损坏。 • 技术参数： 额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。 • 分类： 快断、慢断、常规
Y电容的作用及取值经验
Y电容底下又分为Y1, Y2, Y3，Y4, 主要差別在于: • 1. Y1耐高压大于8 kV,属于双重绝缘或加强绝缘|额定电压 范围≥ 250V • 2. Y2耐高压大于5 kV,属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压 范围≥150V ≤250V • 3. Y3耐高压 ≥2.5KV ≤5KV 属于基本绝缘或附加绝缘|额 定电压范围≥150V ≤250V • 4. Y4耐高压大于2.5 kV属于基本绝缘或附加绝缘|额定电 压范围<150V • GJB151中规定Y电容的容量应不大于0.1uF。Y电容除符合 相应的电网电压耐压外，还要求这种电容器在电气和机械性 能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现 击穿短路现象，Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要 意义。