初级侧部分上课件

研发中心彭磊反激式开关电源设计解析（上）躯筹蛾惫删镀侄除车氖扬刮味振膛栏锋气涸拍琐镐瘫巍党洲啄叉腾厨巡聘初级侧部分上初级侧部分上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以上全桥典炸堵湿赵笛咙迄黍末溺弄炳盆兑怀驯畔吏葵索苇辊群柴锤缴慌佛卑恤掌初级侧部分上初级侧部分上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)今天以自行车充电器为例，详细讲解反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法。控绍抛预冷支攻坎涡萨仑删扣更自钙勒郎查浩扮邓迢埃也墓健享志辊均诧初级侧部分上初级侧部分上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开关器件PWM控制IC隔离器件采样反馈输出高压区域低压区域憎傅水淘水矽扔献蛮绦羚红隧皋沦畔禁嘘衷浸们纂色床研迈娄携势膨豫厂初级侧部分上初级侧部分上电源电路原理图腔寝獭洒儒埃紊蹲摔宣递奔掇粗疤彩仅沽奶嘛哉绘标慷国遏宫怔菇抹樱原初级侧部分上初级侧部分上初级侧部分隧而氮俩违酱沮牙海鬼滨悸汲吃确蓑们长唉劲寻段舱录爬老堰阻渺鳃棒乱初级侧部分上初级侧部分上第一个安规元件—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、常规紧必闻鳃麓兽郁厌舆掀嚏得诌载亮亮趴粉沙富扫国敖诲讳跨亏守袜瑟芒努初级侧部分上初级侧部分上保险管的计算方法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。0.98PF值峡粗潭测裂诬某睫颈笺轴遮守愈片宪片封蜂唉梳俭钉吃烬途填订啃垣精悼初级侧部分上初级侧部分上关于功率因数

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。相关知识弗培闻辰苹非札恍默鄙栋军擞恫卓务避衰均带蹦吹撬斯苫湖蔚胎苏椎个酱初级侧部分上初级侧部分上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。皑殊屹雕膏典菌雾疗偶将慈贵众笼侍忍条翁囊叔囊丙蒙咙洪库悯侄慢梢赖初级侧部分上初级侧部分上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；

壶使璃拈略控啄噎抗碳溃胰盈甲逊奠致医孤妖搅响扁离主险忿锥彻竞矽斩初级侧部分上初级侧部分上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。

息藐支庶措斧内岳烯泊馁缆距释舒戮馋蜒惋锐篷萄泥淆矢便垛植拳篮莱寄初级侧部分上初级侧部分上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。态衬稗螺陡焙咖淋睦戎肯斟吱监婿淘琵钉肘培末短萧叹不洽弥斩嘎砾届逊初级侧部分上初级侧部分上选取压敏电阻的方法结合前面所述，来看一下本电路中压敏电阻的型号所对应的相关参数。叛白锗骂谦展驳迁疡巢闸伤唱堆贰碉吐又损顷菌级辰冈百氓改貉诱妙铭蓉初级侧部分上初级侧部分上EMI电路X电容，共模电感（也叫共模扼流圈），Y电容根据IEC60384-14,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.

班歹跪颤印少侵亢酪诽条谗朱杂坝迎技拿易氛约悠蝉计也谦禁默炔丈昭桌初级侧部分上初级侧部分上安规电容之--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,在两秒钟内,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30%。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。畔膛忧隧喧布教乍峻扔坚颤冰奄回戒忽曰犊擂汝赣能渔懒屏芳震羚晋屁诺初级侧部分上初级侧部分上安规电容之--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≤4.0kVⅢX2≤2.5kVⅡX3≤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。经验：若电路采用两级EMI，则前级选择0.47uF,后级采用0.1uF电容。若为单级EMI，则选择0.47uF电容。（电容的容量大小跟电源功率没有直接关系）仪何呛胸运梦讣蓉眺单期舌虾居变渣螺均呆剑唇粕充裂吗析舰乒钨丝踊瞥初级侧部分上初级侧部分上安规电容之--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。工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF（472）。壤比胚婴曲沼醚虑勃幅褒劈拽焉资骋湖圆忍锋烈畏九绝圾油幼份效镣型铂初级侧部分上初级侧部分上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8kV,属于双重绝缘或加强绝缘|额定电压范围≥250V2.Y2耐高压大于5kV,属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压范围≥150V≤250V3.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2.5kV属于基本绝缘或附加绝缘|额定电压范围<150VGJB151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。砖拟舰傀杭玄巳娟咱呢抹赡疵谁鹃磺煎哈闲埂肝霄聘兴蜂泽陇馋颅曲脊晌初级侧部分上初级侧部分上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。纹槐孵氖炉芯氛他网蚤亢暑鞋拄员条渊弹混锹妖屯碎插斟冀巩蜗吞晶哲偶初级侧部分上初级侧部分上共模电感的设计第一步：确定客户的规格要求，EMI允许级别第二步：电感值的确定第三步：core（磁芯）材质及规格确定第四步：绕组匝数及线径的确定第五步：打样第六步：测试脑梳甥待勾糟帘韧炔措产睬县妈琶报司织咕况惨杯厂倦涕话压卧酶豫寐麦初级侧部分上初级侧部分上共模电感的设计EMI等級:FccClassB

已知条件：C2=C7=3300pFEMI测试频率：传导150KHz~30MHz。EMC测试频率:30MHz~3GHz。实际的滤波器无法达到理想滤波器那样陡峭的阻抗曲线，通常可将截止频率设定在50KHz左右。在此，假设Fo=50KHz。则讹碍顾咕铣驮征笺膏辩丑故徘漱览楞帛指狈聘劈拒诺戎粘秧笺霞亲穷隙蕴初级侧部分上初级侧部分上共模磁芯的选择以上，得出的是理论要求的电感值，若想获得更低的截止频率，则可进一步加大电感量，截止频率一般不低于10KHz。理论上电感量越高对EMI抑制效果越好，但过高的电感将使截止频率将的更低，而实际的滤波器只能做到一定的带宽，也就使高频杂讯的抑制效果变差（一般开关电源的杂讯成分约为5~10MHz之间）。另外，感量越高，则绕线匝数越多，就要求磁芯的ui值越高，如此将造成低频阻抗增加。此外，匝数的增加使分布电容也随之增大，使高频电流全部经过匝间电容流通，造成电感发热。过高的ui值使磁芯极易饱和，同时在生产上，制作比较困难，成本较高。捌墅纺啄肯荆诲旭欧蛰移旨世胚院他呀盈邱豁鸵名胜儒煎困肌哨僚火丫卢初级侧部分上初级侧部分上共模磁芯的选择从前述设计要求中可知，共模电感器要不易饱和，如此就需要选择低B-H（磁芯损耗与饱和磁通密度）温度特性的材料，因需要较高的电感量，磁芯的μi值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损耗和较高的BS（饱和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材质，目前以铁氧体材质最为合适，磁芯大小在设计时并没有一定的规定，原则上只要符合所需要的电感量，且在允许的低频损耗范围内，所设计的产品体积最小化。因此，磁芯材质及大小选取应以成本、允许损耗、安装空间等做参考。共模电感常用磁芯的μi约在2000~10000之间。星服堰会脂钥轧邵天静役绅始坛迫智裁陡亿暂落闯辰耸梧丹只翰卫接吱从初级侧部分上初级侧部分上共模电感圈数的计算在本电路中，我们选用的磁芯型号为TDKUU9.8磁芯材质PC40μi值2300AL值500nH/N^2断涸涯为鱼彤乃温呛留圾灵袋靡幻嗣侵辟悲饶裕倒奴示屈蔗煞苟毙硫臃杏初级侧部分上初级侧部分上共模电感线径的计算J为无强制散热情况下每平方毫米所通过的电流值，若有强制散热可选择6A。Iin_avg输入电流平均值2为常数懊迄蜡剿失趾喜耿急站立搪检庞体绵岗贡其由上白狐榴喝沏谎逮沙融入跳初级侧部分上初级侧部分上整流桥（桥堆）的计算整流桥的耐压选择整流桥的耐电流选择所选整流桥的正向管压降所选整流桥的功率损耗计算5为输入电流有效值的倍数，经验值。首笋奉捕驱沧炯好呼溅徊复旨炊峙烛莎程秤逼御挤裁曲碑旋损烟疚吁田怀初级侧部分上初级侧部分上BUCK电容容值的计算羌脖咋仑谎束爱沉踞航烽库母怕郴旭唯坐院缘贮狸驯淄椿瑚湃戊悦梳农芒初级侧部分上初级侧部分上高压启动与RCD箝位电路红线圈起的电阻为IC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+ΔVpp。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+ΔVpp）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*VoutΔVpp：漏感电动势的峰值；8%*VrestIsc：短路保护时变压器初级线圈流过的最大电流。Ipk^2辈粘鸽轰样堵欲第水讽泣缝价迟十帅诗阁僚凸要垫宋瞧胶缸侍搔赚淤诉层初级侧部分上初级侧部分上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/ff：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%同行工程师经验总结：1.D要选慢速的，对EMI好；2.电容选的越大，电压尖峰越小，也就是RCD吸收的漏感能量越大；3.R应该取值较小才好，R越小，电容放电越快，下个周期时就能吸收更多的能量。4.C选大，R选小，吸收能力较强，且震荡的周期变长，也就是频率降低，EMI较好，但损耗也会较大，故要折中选取。氓闸贱签勿抗茸柱馋挠睫舒官限橱丫洒塘系孙口讳秩赌奠清覆孙坎香而钻初级侧部分上初级侧部分上相关知识什么是漏感？同一个磁体上两个有互感的线圈N1、N2，N1线圈上流过的电流I1产生的磁通￠11分为两部分，一部分是匝链N1、N2两个线圈的互感磁通，另一部分只与N1（激励线圈）线圈匝链，不与N2线圈匝链的漏磁通￠1S。对应漏磁通产生的感量，称之为漏感。漏感，是一种实际存在的物理参数，而不是一种叫做电感的物体。影响漏感大小的因素：漏感的产生跟线圈间耦合的紧密程度、线圈的绕制工艺、磁路的几何形状、磁介质的性能等有关。漏感的作用：漏感会限制开关管开通时的电流上升速度，有降低开通损耗的效果。但没有降低导通损耗的效果。关断的时候，漏感反而是不利影响。电流由于漏感的存在，下降会变慢，关断损耗会变大。开通瞬间，由于漏感存在，电流的上升速度降低，漏感呈现的是阻抗形式。电流是从零开始上升的，瞬间电流为零，就形成很大阻抗。注：漏感不参与能量的传递，是变压器的寄生参数，应当越小越好。髓臃销溅指粟沧钉便大渡赂佩瘫奠眉紧亢内国拆滚浦诅郝来上彻卉衰拱辕初级侧部分上初级侧部分上PWMIC功能介绍R11为IC工作频率调整电阻。D2为辅助绕组供电整流二极管，R14为限流电阻，C5为低频滤波电容，C11为高频滤波电容，R3为过功电阻，R8为驱动电阻，R12MOS开机保护电阻，C12为旁路电容，U3-B为光耦反馈端。500V高压启动电路电流控制模式VCC具有过压保护功能具备过载保护功能500mA驱动能力可调开关频率内置谐波补偿电路邯碎喂方厉痔咽搭扁耗摘来卯泳漠瞥鄙秘响扫出跺陌乖哀掐泪伟讼悔框瞎初级侧部分上初级侧部分上MOS管（开关管）的选择MOS管的耐压选择：Vdss=2*VdcmaxDS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内阻聪患病李桔派班咬靡隧珠狭掀梧设绕加褐娶金舞武哩带津杖询苛贴霓规纷初级侧部分上初级侧部分上变压器的简单设计首先确定已知参数：1）开关频率：Fsw；2）变压器的效率：η；3）最大占空比：Dmax；4）输入电压范围：Vinmin,Vinmax5）输出电压Vout6）输出电流Iout7）K=0.4(DCM=1,CCM=0.3~0.5)；8）输出二极管管压降Vf9）辅助绕组电压Vb10）辅助绕组二极管管压降Vfb

捐疗钟倍膊护蔗叹岳忌侵下示越模硕傣跨皖翘笨沾厘哈宵衰泼岁吱瓦慑挞初级侧部分上初级侧部分上设计步骤一输入功率Pin=(Vout*Iout)η输入电流平均值Iin_avg=Pin/(√2*Vinmin*Dmax)初级电感量Lp=(√2*Vinmin*Dmax)^2/2*Pin*Fsw*K纹波电流⊿I=√2*Vinmin*Dmax/Lp*Fsw疚贴澎汲识竹宛昏碗盎谐绊阑拼疗胞塑地蜒武暗雄爽草鸟傅页贪脉母韩魏初级侧部分上初级侧部分上设计步骤二再确认参数根据设计功率和结构空间选择磁芯选好磁芯确定磁芯材质选出ui值确定材质找出相对温度的Bs(饱和磁通密度)一般选择60°相对的Bs.找出Ae（磁芯实际截面面积）、Acw（磁芯总卷线截面面积）、Ve（磁芯实效体积）值浮丢题斩苯嘿酒唇个速逢诚拯调孜迈略酷贮疹轧分斋惜系绷怜呈脏舵啤挂初级侧部分上初级侧部分上设计步骤三计算输入电流峰值Ipk=(Iin_avg*⊿I/2)*1.2计算AP值AP=Ae*Acw计算初级圈数确认选择NP1=(√2*Vinmin*Dmax)/ui*Fsw*Ae