反激式电源原理设计

1、2022-5-23反激式开关电源l概述： 在反激拓扑中，开关导同时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关关断时，变压器将存储的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。l应用范围： 这种拓扑在输出功率为5150W电源中应用非常广泛。它最大的优点是不需要次级接滤波电感，使成本降低，体积较小。2022-5-23反激式开关电源原理图2022-5-23输入部分电路图2022-5-23输入部分的组成l输入部分主要由下列几部分组成：1）保险丝F1（3A/250V）、热敏电阻N1（5D-9）、压敏电阻ZN1（7D471K）、共模电感L1（22mH/2A）、整流二极管B

2、D1BD4（1N5399）和C6（47U/400V）组成。l主要示意图见上图2022-5-23反激拓扑输入电路设计说明l输入整流器： 在选择整流器是应注意下面一些重要参数：1）最大正向整流电流：它主要由输出功率决定，所以整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。2）峰值反向截止电压：由于整流器处在高电压的环境中，它必须有较高的反向截止电压，一般应为600V以上。3）能承受较高的浪涌电流能力：浪涌电流是由开关管导通时的峰值电流所产生的。2022-5-23反激拓扑输入电路设计0 正确的选择电容很重要，它影响输出端的低频纹波和输出电压保持时间这两个参数。1）计算滤波电容的公式如下： C=It /

3、V这里的C：电容值（F）； I：负载电流（A）； t：电容提供电流的时间（s）； V：允许的纹波电压（V）。 2022-5-23反激拓扑输入电路设计12）电容的纹波电流对电源的寿命有很大影响，流经直流输入回路的平均电流Idc由下公式决定： Idc=IdsDmax；这里的，Ids：输入Np（MOS管）电流； Dmax：最大占空比。3）这里也给出与上面公式不一样求C值的公式： 按经验值：C=（400600）Idc（单位：uF）4）流经C的纹波电压Vcr： Vcr=（Idct）/C这里的，t：为整流器的非导通时间，一般由二极管资料得到；2022-5-23反激拓扑输入电路设计2l流经开关元件的有效电流

4、值： Irms=Ids（Ton/T）这里的，Ton为开关导通时间，T为整个周期。l提供给输出负载的电流： Irh=（Irms2-Idc2）l共模电感的设计在前面章节已有说明，这里不在论述。l放电电阻的设计： R=t/2.21C这里的，t：交流的电源的频率，在50Hz时为2ms； C：与电阻并联的电容的值，取国际单位。2022-5-23输入保护器件l浪涌电流： 浪涌电流主要由纹波电容充电引起的，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现很低的阻抗，就是电容的ESR值，如不采取一些措施，浪涌电流可能到几百安培。 通常采用负温度系数（NTC）的热敏电阻以增加阻抗，把浪涌电流减小到安全值。它主要特性是温度

5、上升，阻抗下降。l输入瞬间电压保护：2022-5-23电源的核心部分设计1l它主要由KA3844与周围的元器件组成，IC资料已在前面几章节有说明。这里重点是计算其周围元器件，具体详细部分请看下面的原理图。l启动电阻： 当电源的VCC小于16V时，3844整个电路消耗的电流为1mA，再考虑外围元件的消耗约为0.8mA，所以启动消耗的电流为： Io=1+0.8=1.8mA启动电阻：R=（Vinmin-Vcc）/Io这里的，Vinmin：输入最小的直流电压，V； Vcc：3844启动的最小电压，这里为18V；功耗：P=Io2R（功率尽量取大一点）2022-5-23PWM控制部分原理2022-5-23

6、电源的核心部分设计2l启动电容： 在启动完成后，3844所消耗的能量将随着MOS管的驱动增加至100mA左右，该能量由启动电容上储存的能量来提供，这时电容上的电压会发生跌落，当电容电压跌落到10V以上，3844仍能工作，辅助绕组实现自馈电的时间由Ton来决定： C=（IoTon）/ Vcc这里的，Io：应为MOS管的消耗电流100mA； Vcc：电源的跌落电压，VCC-10V； Ton：电源的开通时间；l此部分的其他元器件设计已在上面章节说明2022-5-23功率开关管的选择l小功率的开关管的可靠性决定了整个电源的稳定性。 开关管的峰值电流也就是Np的峰值电流Ip的值，一般Ip应大于Isc。

7、Isc：短路保护时变压器初级线圈流过的最大电流，一般按下公式计算： Isc=1.3Ip所以MOS管的漏极电流Idss应大于Isc，一般取Isc的两倍；MOS管的Vdss应大于总电压，一般保险系数为0.50.7，所以，Vdss Vinmax/0.72022-5-23电源的缓冲保护部分l此部分电路主要由C7、R2和D1组成：2022-5-23缓冲保护电路设计1l此部分电路主要用于限制高频变压器漏感引起的尖峰电压，它产生在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+ Vpp。l放电电容： C的作用则是将该部分的能量吸收掉，

8、其容量由下式决定： C=（LeIsc2）/（ Vrest+ Vpp ）2- Vrest2这里的， Le：漏感，单端反激一般为40100uH，低于40uH可不考虑，一般取50uH计算； Vrest：反电动势，其值为120V；Vpp：漏感电动势的峰值，其值约为100V； Isc：短路保护时变压器初级线圈流过的最大电流。2022-5-23缓冲保护电路设计2l放电电阻： 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Vpp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

9、%计算： RC=0.63T（ Vrest+ Vpp ）/ Vpp这里的，T=1/f f：为变压器的工作频率。所以：R=0.63 （ Vrest+ Vpp ）/ （Vpp f C）其功耗为：P= LeIsc2f/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）/22022-5-23开关的反馈调整电路原理l反馈电路一般由光电耦合器组成，完成的主要作用是隔离和控制输出回路，使之更稳定和可靠。l本电路采用电压环进行闭环调节实现输出电压的稳定，选用PC817作为输出采样、反馈信号、输出驱动，一方面起隔离作用，另一方面光耦的发光二极管是电流时电流驱动器件，可以形成电流环路的传输形式，同时是低阻抗的，对噪声不敏感。可以提高可抗干扰能力，同时对电磁干扰也有抑制作用。2022-5-23开关的反馈调整电路图解2022-5-23开关的反馈调整电路图解说明l此电路中的R11主要起分流作用，保护光耦中的发光二极管；lR12和C12主要起补偿作用，补偿温度不稳定和漂移。2022-5-23输出滤波电感设计l首先要选好的磁芯，可使用钼镍合金材料的磁环，也可使用铁氧体材料制作；l最小输出电感： Lin=（Vinmax-Vout）Ton（est）/1.4Iout（min）这里的：I