探讨适配器电源设计并结合FAN6921芯片介绍

设计进行理论计算，确定最大应力值，再根据实际测试的结果来最终选定功率器件的电压和电流等规格的参数。

电气性能调试

整个电源第一次装上元件后,可以先按功能块来分别调试，每部分功能都调试好后，再合在一起测试性能.如PFC部分，DC-DC部分，辅助电源，保护电路等。需要测试的内容有:电源的输出电压调整率，电压纹波，电源保护功能等，检验电感是否饱和，主要开关管的最大应力和温度是否有足够余量。

安全验证

接下来，就可进行产品安全方面的测试和验证了，如电磁干扰测试，温升测试(主要开关管，电感，变压器，电容的最大工作温度是否在其规格范围内);产品安全性测试，如雷击测试，绝缘耐压测试，电源老化实验，抗静电测试等，最后还要计算整个电源的平均失效时间等;

设计流程

步骤-1: 确定系统规格

通过以上的介绍后，大家会对电源的设计步骤有了一个简单的了解。下面用一个120W 的电源设计实例来进一步介绍设计过程，电源需求规格如下表：

项目规格

输入电压(Vin) 90~264Vac

输出功率(Pout) 120W

输出电压(Vout) 19V

输出电流(Iout) 6.3A

电压调整率<5%

平均效率>87%

功率因数(PF) >0.9

谐波<15%

安规标准IEC61000

保护要求短路，过压，过功率，过温

尺寸150x50x30 mm

散热方式自然

步骤-2: 选择电源结构

电源功率范围选择可以选择反激或半桥结构，如果成本压力大的话，用反激式DC/DC 的结构是不错的选择。

步骤-3: 选择PFC和DC/DC 芯片

因为有功率因数(简称PF)的要求，所以需要PFC芯片。 120W的电源非常适合采用电感电流临界工作模式，可选用的芯片有很多。这里我们选用飞兆公司的FAN6961临界模式PFC 芯片。

选择DC/DC控制芯片:考虑到效率和电磁干扰及成本因素，用准谐振结构来完成直流-直流转换，可以选用飞兆的FAN6300准谐振芯片。

最近飞兆针对需要PFC的准谐振应用,推出了集成度更高的芯片FAN6921，它集成了FAN6961和FAN6300的所有功能，并增加了如输入欠压保护和过温保护，高低压输入过功率补偿等功能。另外，在平均效率和待机功耗方面都有不错的表现。FAN6921的外围元件总数还要比前面提到的PFC芯片FAN6961和DC-DC芯片FAN6300分开式结构要少20个左右，故在元件成本和性能方面都非常有优势。因此，选用飞兆FAN6921最为合适。

步骤-4: 选择PFC电感和DC/DC变压器

考虑到产品尺寸不大，PFC 部分选择RM形状的磁芯，DC/DC部分选PQ形状的磁芯，这种两种形状的磁芯漏磁少，Ae值和Aw值也比较大，在效率和电磁辐射方面都有优势。

步骤-5: 设计PFC电感

计算功率因数矫正(PFC)电感和直流转换(DC/DC) 变压器规格及主要开关管整流管选择,计算前，需要预先设定几个PFC部分的参数:

项目规格

最小输出电压 (Vo_minPFC) 240V

最大输出电压 (Vo_maxPFC) 400V

最小工作频率

50KHz

(fsw_minPFC)

最低工作效率 (ηPFC) 0.94

最大输出功率 (Po_maxPFC) 156W

最高功率因数 (PF): 0.99

计算PFC最小电感量

为了减少PFC在低压输入时的损耗，可采用两段式PFC。在90~150Vac时，PFC输出电压设置为240~260Vdc，150~264Vac时，设置为390~400Vdc。FAN6921内部有集成这个功能选项，只需要调整Pin1管脚的电阻值，就可以达到此功能。

计算峰值和均方根电流

Irms:电感均方根电流;Bmax:最大磁感应强度;Ko:电感窗口有效使用系数;Jc:电流密度系数，根据计算的AP值在电感厂商目录里找满足尺寸和AP

0 的型号，本例选RM10: Ae:98mm2,Aw:69.5mm2 。

计算最小圈数

计算辅助绕组圈数

最后完成的PFC电感参数如图4:

计算输出电容

Vo_min2:最低保持电压,Thold输出保持时间；

选择 MOFET 和整流管

依据MOFET 的最大电流和电压，故选择飞兆产品SupreMOS: FCPF16N60NT, 16A,600V,Rds_on:0.17Ω, ID="10A"(Tac=100℃),损耗计算如下:

整流管选择FDH08H60S;损耗计算如下:

步骤-6: 设计DC/DC 变压器

确定初级MOSFET和次级二级管最大应力电压

根据PFC输出的最大电压400V和输出电压19V，先选定初级MOSFET的额定电压为650V和次级整流二极管的电压为100V，故由此计算出VQ_max和VD_max ；

本例中MOSFET和次级整流管的电压余量选用0.9，如果需要大的余量，可以将K 设为0.8或其他合适的值.不同的值会影响到MOSFET和次级整流管的最大耐压规格。

确定反射电压( VRO )和最大占空比(Don_max)

本例是用到了准谐振结构，还需要增加MOSFET的下跌时间(Tf)本例先预定为1uS，使MOSFET的开通电压到最低值，减少开关损耗和EMI干扰。计算主电感，初级最大电流，有效值电流:

计算AP值，确定磁芯

根据计算的AP值选PQ3225: Ae:114mm2,Aw:161mm2。

计算变压器原边最小圈数

计算初次级圈数比和次级线圈数

根据ns和n，可以重新换算出初级圈数：

最后完成的变压器参数见图5 ：

选择原边主晶体管和副边整流管依据前面计算的MOSFET的最大电流选用飞兆的UniFET系列:FDPF15N65， Rds_on=0.44Ω ,ID=9.5(Tac=100℃)，

选择次级侧整流管：