单端反激式开关电源设计步骤

### 单端反激式开关电源设计步骤详解 反激式开关电源因其结构简单、成本低廉及适用范围广泛等特点，在小功率电源系统中被广泛应用。本文将基于给定的文件内容，详细介绍单端反激式开关电源的设计步骤，并对每个步骤进行深入解析。 #### 一、电源输出功率 首先需确定电源的输出功率 \( P_O \)，这一步骤至关重要，因为输出功率直接影响到后续设计中的元件选择。公式如下： \[ P_O = \sum_{i} (V_{OUT_i} \times I_{OUT_i} + V_{D_i}) \] 其中，\( V_{D_i} \) 为第 i 路输出整流二极管的正向导通压降。通常情况下，可以选择肖特基二极管或超快恢复二极管。如果采用肖特基二极管，则 \( V_{D_i} \) 大约为 0.4V；如果是超快恢复二极管，则 \( V_{D_i} \) 大约为 0.6V。 #### 二、输入端电容 输入端电容 \( C_{in} \) 的选择也非常重要，它直接影响到电源的稳定性。一般来说，其最小值应满足以下条件： \[ C_{in} \geq (2 \sim 3) \times \frac{P_O}{f_L} \] 这里，\( f_L \) 是交流输入电压的频率。 #### 三、输入最小直流电压 接下来需要确定输入的最小直流电压 \( U_{dcmin} \)，该值可以通过以下公式计算得出： \[ U_{dcmin} = \sqrt{2} \times U_{acmin} - \frac{2 \times P_O \times t_C}{f_L \times C_{in} \times \eta} \] 其中，\( t_C \) 为整流桥导通时间，通常取值为 3.2ms；\( \eta \) 表示电源效率。 #### 四、输入最大直流电压 输入的最大直流电压 \( U_{dcmax} \) 直接由交流输入最大电压 \( U_{acmax} \) 确定： \[ U_{dcmax} = \sqrt{2} \times U_{acmax} \] #### 五、最大占空比 在选择PWM控制芯片时，为了确保系统的稳定性，最大占空比 \( D_{max} \) 通常不超过 0.5。 #### 六、反激电压 反激电压 \( U_{OR} \) 可以通过以下公式计算： \[ U_{OR} = U_{dcmin} + U_{ds} - D_{max} \times (U_{dcmin} + U_{ds}) \] 这里，\( U_{ds} \) 为开关管饱和导通压降，一般取值为 10V。 #### 七、开关管漏源最低耐压 开关管的漏源最低耐压 \( U_{mos-min} \) 可以通过以下经验公式估算： \[ U_{mos-min} = 1.4 \times U_{dcmax} + 1.5 \times U_{OR} \] #### 八、工作模式与电流纹波峰值比 根据实际应用需求，可以设定变换器的工作模式为电流连续模式(CCM)或电流断续模式(DCM)。不同的工作模式对应不同的电流纹波峰值比 \( K_{RP} \)： - CCM 模式：\( K_{RP} < 1 \) - DCM 模式：\( K_{RP} = 1 \) #### 九、确定开关频率 开关频率 \( f \) 的选择需要考虑所选芯片的支持能力和开关管的开关能力。通常，开关频率的选择会影响到效率和成本之间的权衡。 #### 十、选择磁芯 磁芯的选择对于整个电源的性能有着至关重要的影响。面积乘积法是一种常用的计算方法，可以根据不同的工作模式计算出面积乘积 \( A_p \)： - CCM 模式： \[ A_p \geq \frac{1.5}{1-D_{min}} \times \frac{P_O}{f \times B_{m} \times J_k \times \eta} \] - DCM 模式： \[ A_p \geq \frac{1.5}{D_{max}} \times \frac{P_O}{f \times B_{m} \times J_k \times \eta} \] 这里，\( D_{min} \) 为最小占空比；\( B_{m} \) 为最大磁通密度；\( J_k \) 为电流密度。 #### 十一、确定电流平均值 原边电流平均值 \( I_{avgp} \) 的计算公式如下： \[ I_{avgp} = \frac{P_O}{U_{dcmax} \times D_{max} \times \eta} \] #### 十二、确定原边峰值电流 原边峰值电流 \( I_{pkp} \) 的计算公式为： \[ I_{pkp} = I_{avgp} \times \left(2 + \frac{1}{K_{RP}}\right) \] #### 十三、确定开关管能承受最小电流 开关管能承受的最小电流 \( I_{mos-min} \) 计算公式为： \[ I_{mos-min} = 1.5 \times I_{pkp} \] #### 十四、确定原边有效值电流 原边有效值电流 \( I_{rmsp} \) 的计算公式如下： \[ I_{rmsp} = I_{pkp} \times \sqrt{\left(\frac{1}{3} + \frac{1}{K_{RP}^2}\right)} \] #### 十五、确定初级电感量 初级电感量 \( L_p \) 的计算公式为： \[ L_p = \frac{U_{dcmax} \times D_{max}}{f \times I_{pkp} \times K_{RP}} \] #### 十六、确定最大磁通密度 最大磁通密度 \( B_m \) 一般取值范围为 0.2T~0.3T，以避免磁芯饱和。 #### 十七、原边匝数 原边匝数 \( N_p \) 的计算公式为： \[ N_p = \frac{1000 \times L_p}{I_{pkp} \times A_e \times B_m} \] 其中，\( A_e \) 为磁芯的有效截面积。 #### 十八、副边匝数 副边匝数 \( N_{si} \) 的计算公式为： \[ N_{si} = N_p \times \frac{V_{OUT_i} + V_{D_i}}{U_{OR}} \] #### 十九、偏置绕组匝数 偏置绕组匝数 \( N_B \) 的计算公式为： \[ N_B = N_p \times \frac{V_B}{U_{OR}} \] 这里，\( V_B \) 为偏置电压。 通过以上步骤，我们可以较为完整地完成单端反激式开关电源的设计。每一步都紧密关联，需要综合考虑电源的各项指标和实际应用需求来做出最佳选择。