反激式开关电源变压器的设计方法 1引言 在开关电源各类拓扑结构中，反激式开关电源以其小体积、低成本的优势，广泛应用在高电压、小功率的场合。反激式开关电源设计的关键在于其变压器的设计。由于反激变压器可以工作在断续电流（DCM ）和连续电流（CCM ）两种模式，因此增加了设计的复杂性。本文考虑到了两种工作模式下的差异，详细介绍了反激变压器的设计方法和步骤。 2基本原理 R 1 V o 图1 反激变换器原理图 反激变压器实际上是一个耦合电感，首先要存储能量，然后再将磁能转化为电能传输出去[1]。如图1所示，当开关管r T 导通时，输入电压i V 加在变压器初级线圈上。由于初级与次级同名端相反，次级二极管1D 截止，能量储存在初级线圈中，初级电流线性上升，变压器作为电感运行。当r T 关断时，励磁电感的电流使初级和次级绕组电压反向，1D 导通，储存在线圈中的能量传递给负载。按照电感线圈中电流的特点，可分为断续电流模式（DCM ）和连续电流模式（CCM ）。电流波形如图2所示。
初级 次级 初级 次级 I p2I p1I s2 I s1 I p2 I p1 I s2 I s1 DCM CCM 图2 DCM 和CCM 电流波形 DCM 为完全能量转换，在开关管开通时，初级电流从零开始逐渐增加，开关管关断期间，次级电流逐渐下降到零。 CCM 为不完全能量转换，开关管开通时，初级电流有前沿阶梯，开关管关断期间，次级电流为阶梯上叠加的衰减三角波。 3设计步骤 （1）各项参数的确定 反激式开关电源变压器的设计中涉及到很多参数，因此在计算之前必须要明确已知量和未知量。 已知参数一般由电源的设计要求和特点来确定，包括：直流输入电压i V （i min i i max V V V ≤≤），输出电压o V ，输出功率o P ，效率o i P = P η，工作频率1 f=T 。 未知量即所要求的参数包括：磁芯型号，初级线圈匝数p N ，次级线圈匝数s N ，初级导线直径p d ，次级导线直径s d ，气隙长度g l 。 另外，为了能够对未知参数进行求解，我们还必须要指定开关管的耐压值或开关的最大占空比。本文中，以规定满载和最小输入电压条件下最大占空比为 max D 来进行后续的计算。 为简化计算公式，本文中忽略开关管及二极管导通压降。
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主 要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每 一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck 变换器)。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在 系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙 之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使 用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。 更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 过电流限制： 3.0A 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +5.0V*2A=10.0W(最大) 输入功率： Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W 功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W 续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA 高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
常用电源设计技巧图解 反激式电源中的铁氧体磁放大器对于两个输出端都提供实际功率（ 5 V 2 A 和 12 V 3 A ，两者都可实现± 5% 调节）的双路输出反激式电源来说，当电压达到 12 V 时会进入零负载状态，而无法在 5% 限度内进行调节。线性稳压器是一个可实行的解决方案，但由于价格昂贵且会降低效率，仍不是理想的解决方案。我们建议的解决方案是在 12 V 输出端使用一个磁放大器，即便是反激式拓扑结构也可使用。 为了降低成本，建议使用铁氧体磁放大器。然而，铁氧体磁放大器的控制电路与传统的矩形磁滞回线材料（高磁导率材料）的控制电路有所不用。铁氧体的控制电路（ D1 和 Q1 ）可吸收电流以便维持输出端供电。该电路已经过全面测试。变压器绕组设计为 5 V 和 13 V 输出。 该电路在实现 12 V 输出± 5% 调节的同时，甚至还可以达到低于 1 W 的输入功率（ 5 V 300 mW 和 12 V 零负载）。
考虑一下 5 V 2 A 和 12 V 3 A 反激式电源。该电源的关键规范之一便是当 12 V 输出端达到空载或负载极轻时，对 5 V 输出端提供过功率保护 (OPP) 。这两个输出端都提出了± 5% 的电压调节要求。 对于通常的解决方案来说，使用检测电阻会降低交叉稳压性能，并且保险丝的价格也不菲。 而现在已经有了用于过压保护 (OVP) 的消弧电路。该电路能够同时满足 OPP 和稳压要求，使用部分消弧电路即可实现该功能。 从图 1 可以看出， R1 和 VR1 形成了一个 12 V 输出端有源假负载，这样可以在 12 V 输出端轻载时实现 12 V 电压调节。在5 V 输出端处于过载情况下时， 5 V 输出端上的电压将会下降。假
开关电源设计的一般注意事项 1、布局： 【1】脉冲电压连线尽可能短； 【2】其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线.脉冲电流环路尽可能小；【3】如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负.输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器； 【4】电路中X电容要尽量接近开关电源输入端； 【6】输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端；【7】共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合，如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大； 【8】输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标； 【9】两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容. 发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口；【10】控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路； 【11】开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关； 【12】关于反激电源的占空比，原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5，否则环路不容易补偿。 3、线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象，这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。
高效率开关电源设计实 例 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流： 过电流限制： 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗* 0．5= 续流二极管损耗：*= 输入平均电流 低输入电压时／10V= 高输入电压时：／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
开关电源PCB设计流程及布线技巧在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析： 一、从原理图到PCB的设计流程 建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》cam输出。 二、参数设置 相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。 如图：
三、元器件布局 实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路： （1）电源开关交流回路 （2）输出整流交流回路 （3）输入信号源电流回路 （4）输出负载电流回路输入回路 通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回
开关电源设计技巧连载十六：推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 1-8-1-3．推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 图1-33中，储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算，与图1-2的串联式开关电源中储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算方法很相似。 根据图1-33和图1-34，我们把整流输出电压uo和LC滤波电路的电压uc、电流iL画出如图1-35，以便用来计算推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容的参数。 图1-35-a）是整流输出电压uo的波形图。实线表示控制开关K1接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形；虚线表示控制开关K2接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形。Up表示整流输出峰值电压（正激输出电压），Up-表示整流输出最低电压（反激输出电压），Ua表示整流输出电压的平均值。 图1-35-b）是滤波电容器两端电压的波形图，或滤波电路输出电压的波形图。Uo表示输出电压，或滤波电容器两端电压的平均值；ΔUc表示电容充电电压增量，2ΔUc等于输出电压纹波。
1-8-1-3-1．推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 在图1-33中，当控制开关K1接通时，输入电压Ui通过控制开关K1加到开关变压器线圈N1绕组的两端，在控制开关K1接通Ton期间，开关变压器线圈N3绕组输出一个幅度为Up（半波平均值）的正激电压uo，然后加到储能滤波电感L 和储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL 为： 式中：Ui为输入电压，Uo为直流输出电压，即：Uo为滤波电容两端电压uc的平均值。 在此顺便说明：由于电容两端的电压变化增量ΔU相对于输出电压Uo来说非常小，为了简单，我们这里把Uo当成常量来处理。 对（1-136）式进行积分得：
PI工程师教你电源设计技巧 文章1. 反激式电源中的铁氧体磁放大器 对于两个输出端都提供实际功率(5V 2A和12V 3A，两者都可实现± 5%调节)的双路输出反激式电源来说，当电压达到12V 时会进入零负载状态，而无法在5%限度内进行调节。线性稳压器是一个可实行的解决方案，但由于价格昂贵且会降低效率，仍不是理想的解决方案。我们建议的解决方案是在12V 输出端使用一个磁放大器，即便是反激式拓扑结构也可使用。 为了降低成本，建议使用铁氧体磁放大器。然而，铁氧体磁放大器的控制电路与传统的矩形磁滞回线材料(高磁导率材料)的控制电路有所不用。铁氧体的控制电路(D1和Q1)可吸收电流以便维持输出端供电。 该电路已经过全面测试。变压器绕组设计为5V和13V输出。该电路在实现12V输出± 5%调节的同时，甚至还可以达到低于1W的输入功率(5V 300 mW和12V零负载)。
图1 文章2. 使用现有的消弧电路提供过流保护 考虑一下5V 2A和12V 3A反激式电源。该电源的关键规范之一便是当12V输出端达到空载或负载极轻时，对5V输出端提供过功率保护(OPP)。这两个输出端都提出了± 5%的电压调节要求。 对于通常的解决方案来说，使用检测电阻会降低交叉稳压性能，并且保险丝的价格也不菲。而现在已经有了用于过压保护(OVP)的消弧电路。该电路能够同时满足OPP和稳压要求，使用部分消弧电路即可实现该功能。 从图2可以看出，R1和VR1形成了一个12V输出端有源假负载，这样可以在12V输出端轻载时实现12V电压调节。在5V
输出端处于过载情况下时，5V输出端上的电压将会下降。假负载会吸收大量电流。R1上的电压下降可用来检测这一大量电流。Q1导通并触发OPP电路。 图2 文章 3. 有源并联稳压器与假负载 在线电压AC到低压DC的开关电源产品领域中，反激式是目前最流行的拓扑结构。这其中的一个主要原因是其独有的成本效益，只需向变压器次级添加额外的绕组即可提供多路输出电压。 通常，反馈来自对输出容差有最严格要求的输出端。然后，该输出端会定义所有其它次级绕组的每伏圈数。由于漏感效应的存在，输出端不能始终获得所需的输出电压交叉稳压，特别是在给定输出端因其它输出端满载而可能无负载或负载极轻的情况下更是如此。
随着低成本、高性能D S P 的出现,尤其是A /D 和P W M 性能的大幅提高。D S P 控制的开关电源将越来越多地在电源工业中应用。基于DSP 的数字控制能实现更丰富的功能控制策略。可以在一个标准化的硬件平台上,通过更新软件满足不同的需求。数字控制器也更少的受到环境变化和噪声的影响。TI 公司推出的32位DSP TMS320F28系列,系统时钟达到100MHz,外设集成了高分辨率的PWM 模块,转换速率高达160ns 的12位A/D。相比TI 早期推出的24系列DSP,各方面都有了很大的提高。这些都新功能的出现降低了DSP 实用化的难度,然而对于多数电源工程师,他们大多数是模拟方面的专家,对于数字化设计则面临许多技术上的挑战。 1电路模型仿真 B U C K 变换器的电路模型如图所示。 其中各项电路参数如下: V in =3￣4V ,V o u t =1.2V ,最大输出电流I out =20A,等效负载电阻R L =V out /I out =0.06Ω 最大输出电压V omax =1.3V; PWM 开关工作频率f p w m =250k H z ,电压环采样频率fs=250khz L=1μH,C=1800μF,等效串联阻抗R c =0.004Ohm 电压环带宽取f cv =20kHz,相位域度为45。 电路的环路模型如图2所示。
其中Gp(s根据Buck电路的小信号模型如下: 在Matlab中分析G p (s的环路特性如下; V in =3.3;R c =0.004;C =1800e -006;L=1e-006;R l =0.061;V omax =1.3; G p =t f (V in *[Rc*C l 1],[L*C*(1+R c /R l R c *C+L/R l 1]; sisotool(Gp; 利用Matlab中的Sisotool工具设计一个校正函数Gc(s如下: 校正后的环路特性如Figure4: 利用Matlab中的c2d函数将Gc(s转为离 散形式: G cz =c 2d(Gc(s,Ts,'t'ustin得到 分解得到:U (n =1.598U (n -1-0.5985U(n-2+12.49E(n-22.81E(n-1+10.41E(n-2 结论:当这个仿真结果用于实际的产品测试中,在从0到15A 的动态变化时,只需要30μs 的响应时间,这个结果是比较满意的。 2软件实现代码 根据U(n给出在DSP TMS320LF2801中
开关电源的系统设计深度解读 开关电源的系统设计深度解读 时间：2013-03-05 214次阅读【网友评论0条我要评论】收藏 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。 控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
开关电源设计技巧之一：为电源选择正确的工作频率 为电源选择最佳的工作频率是一个复杂的权衡过程，其中包括尺寸、效率以及成本。通常来说，低频率设计往往是最为高效的，但是其尺寸最大且成本也最高。虽然调高频率可以缩小尺寸并降低成本，但会增加电路损耗。接下来，我们使用一款简单的降压电源来描述这些权衡过程。 我们以滤波器组件作为开始。这些组件占据了电源体积的大部分，同时滤波器的尺寸同工作频率成反比关系。另一方面，每一次开关转换都会伴有能量损耗；工作频率越高，开关损耗就越高，同时效率也就越低。其次，较高的频率运行通常意味着可以使用较小的组件值。因此，更高频率运行能够带来极大的成本节约。 图1.1显示的是降压电源频率与体积的关系。频率为100 kHz时，电感占据了电源体积的大部分（深蓝色区域）。如果我们假设电感体积与其能量相关，那么其体积缩小将与频率成正比例关系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并限制尺寸的进一步缩小，因此在此情况下上述假设就不容乐观了。如果该设计使用陶瓷电容，那么输出电容体积（褐色区域）便会随频率缩小，即所需电容降低。另一方面，之所以通常会选用输入电容，是因为其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而明显变化，因此其体积（黄色区域）往往可以保持恒定。另外，电源的半导体部分不会随频率而变化。这样，由于低频开关，无源器件会占据电源体积的大部分。当我们转到高工作频率时，半导体（即半导体体积，淡蓝色区域）开始占据较大的空间比例。 图1.1 电源组件体积主要由半导体占据 该曲线图显示半导体体积本质上并未随频率而变化，而这一关系可能过于简单化。与半导体相关的损耗主要有两类：传导损耗和开关损耗。同步降压转换器中的传导损耗与 MOSFET 的裸片面积成反比关系。MOSFET 面积越大，其电阻和传导损耗就越低。 开关损耗与MOSFET 开关的速度以及MOSFET 具有多少输入和输出电容有关。这
三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dt dI L V =＝T I L ??，推出ΔI ＝V ×ΔT/L 2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间 t OFF 3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。 那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF 4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD →t OFF ＝（1－D ）/f 电流纹波率r P51 52 r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值 ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53 电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面： A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。 B,保证负载电流下降时，工作在连续导通方式P24-26， 最大负载电流时r ’＝ΔI/ I LMAX ,当r ＝2时进入临界导通模式，此时r ＝ΔI/ I x ＝2→ 负载电流I x ＝（r ’ /2）I LMAX 时，进入临界导通模式,例如：最大负载电流3A ，r ’＝0.4，则负载电流为（0.4/2）×3＝0.6A 时，进入临界导通模式 避免进入临界导通模式的方法有1，减小负载电流2，减小电感（会减小ΔI ，则减小r ）3，增加输入电压 P63 电感的能量处理能力1/2×L ×I 2 电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ，避免磁饱和。 确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O 最终确认L 的值 基本磁学原理：P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场：也称磁场强度，场强，磁化力，叠加场等。单位A/m B 场：磁通密度或磁感应。单位是特斯拉（T ）或韦伯每平方米Wb/m 2 恒定电流I 的导线，每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB ＝k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度，dl 为电流方向的导线线元，a R 为由dl 指向点p 的单位矢量，距离矢量为R ，R 为从电流元dl 到点p 的距离，k 为比例常数。 在SI 单位制中k ＝μ0/4π，μ0=4π×10-7 H/m 为真空的磁导率。 则代入k 后，dB ＝μ0×I ×dl ×R/4πR 3 对其积分可得B ＝ 3 40R C R Idl ?? π μ
电路板制作常见的问题及改善方法汇总 一、前言 什么叫PCB,PCB是电路板的英文缩写, 什么叫FPC,FPC是绕性电路板(柔性电路板)的英文缩写,以下是电路板的发展史和目前我司所生产的电路板常见的不良问题、问题原因分析和解决方法.在此与大家一起分享,在此希望能帮到你,能让你的技能得到提升! 二: PCB发展史 1.早於1903年Mr. Albert Hanson首創利用“線路”(Circuit)觀念應用於電話交換機系統。它是用金屬箔予以切割成線路導體，將之黏著於石蠟紙上，上面同樣貼上一層石蠟紙，成了現今PCB的機構雛型。 2. 至1936年，Dr Paul Eisner真正發明了PCB的製作技術，也發表多項專利。而今日之print-etch(photoimage transfer)的技術，就是沿襲其發明而來的。 三、PCB种类 １、以材質分: 1）有机材质：酚醛樹脂、玻璃纖維、環氧樹脂、聚酰亚胺等2）无机材质：鋁、陶瓷,无胶等皆屬之。主要起散熱功能 2、以成品軟硬區分1)硬板Rigid PCB 2)軟板Flexible PCB 3)軟硬板Rigid-Flex PCB 3:电路板结构: 1. A、单面板B、双面板C、多层板 2: 依用途分：通信/耗用性電子/軍用/電腦/半導體/電測板/汽车....等产品领域 4: PCB生产工艺流程简介 1、双面喷锡板正片简易生产工艺流程图 工程开料图开料磨边/倒角叠板钻孔QC检验沉铜板电QC检验 涂布湿墨/干膜图电退膜/墨蚀刻EQC检验裸测绿油印字符 喷锡成型/CNC外形成测FQC FQA 包装入库出货 以上只是其中一个工艺流程,不同的工艺要求,就出现不同的工艺制作流程 四: 钻孔制程目的 4.1单面或双面板的制作都是在下料之后直接进行非导通孔或导通孔的钻孔, 多层板则是在完成压板之后才去钻孔。传统孔的种类除以导通与否简单的区分外,以功能的不同尚可分:零件孔,工具孔,通孔(Via),盲孔(Blind hole),埋孔(Buried
开关电源设计技巧之四——阻尼输入滤波 系列（下） 令狐文艳 控制源极阻抗 在“开关电源设计技巧之三”中，我们讨论了输入滤波器的源极阻抗如何变得具有电阻性，以及其如何同开关调节器的负输入阻抗相互作用。在极端情况下，这些阻抗振幅可以相等，但是其符号相反从而构成了一个振荡器。业界通用的标准是输入滤波器的源极阻抗应至少比开关调节器的输入阻抗低6dB，作为最小化振荡概率的安全裕度。 输入滤波器设计通常以根据纹波电流额定值或保持要求选择输入电容（图 4.1所示CO）开始的。第二步通常包括根据系统的EMI要求选择电感 (LO)。正如我们上个月讨论的那样，在谐振附近，这两个组件的源极阻抗会非常高，从而导致系统不稳定。图 1 描述了一种控制这种阻抗的方法，其将串联电阻 (RD) 和电容 (CD) 与输入滤波器并联放置。利用一个跨接 CO 的电阻，可以阻尼滤波器。但是，在大多数情况下，这样做会导致功率损耗过高。另一种方法是在滤波器电感的两端添加一个串联连接的电感和电阻。 图4.1 CD和RD阻尼输出滤波器源极阻抗选择阻尼电阻
有趣的是，一旦选择了四个其他电路组件，那么就会有一个阻尼电阻的最佳选择。图 4.2 显示的是不同阻尼电阻情况下这类滤波器的输出阻抗。红色曲线表示过大的阻尼电阻。请思考一下极端的情况，如果阻尼电阻器开启，那么峰值可能会非常的高，且仅由CO和LO来设定。蓝色曲线表示阻尼电阻过低。如果电阻被短路，则谐振可由两个电容和电感的并联组合共同设置。绿色曲线代表最佳阻尼值。利用一些包含闭型解的计算方法（见参考文献 1）就可以很轻松地得到该值。 图4.2 在给定CD-CO比的情况下，有一个最佳阻尼电阻 选择组件 在选择阻尼组件时，图 4.3非常有用。该图是通过使用RD Middlebrook建立的闭型解得到的。横坐标为阻尼滤波器输出阻抗与未阻尼滤波器典型阻抗 (ZO= (LO/CO)1/2) 的比。纵坐标值有两个：阻尼电容与滤波器电容 (N) 的比；以及阻尼电阻同该典型阻抗的比。利用该图，首先根据电路要求来选择LO和CO，从而得到ZO。随后，将最小电源输入阻抗除以二，得到您的最大输入滤波器源极阻抗 (6dB)。 最小电源输入阻抗等于Vinmin2/Pmax。只需读取阻尼电容与滤波器电容的比以及阻尼电阻与典型阻抗的比, 您便可以计算得到一个横坐标值。例如，一个具有10μH电感和10μH 电容的滤波器具有Zo= (10μH/10μF)1/2=1Ohm 的典型阻抗。如果它正对一个12V最小输入的12W电源进行滤波，那么该电源输入阻抗将为Z=V2/P=122/12=12Ohms。这样，最大源
变压器设计方法与技巧 变压器设计方法与技巧 一、设计2kVA以下的电源变压器及音频变压器 一些电子线路设计人员及电子、电工爱好者经常碰到设计好的变压器，绕制时却绕不下；另外，设计的变压器，在带足负载后，次级电压明显下降。还有一部分设计的变压器的性能良好，但成本较高而没有商业价值。笔者在这里谈谈变压器的设计方法与技巧。 ●变压器截面积确定： 大家知道铁芯截面积是根据变压器总功率“P”确定的(A=1.25*SQRT(P)。在设计时，假定负载是恒定不变的，则其铁芯截面积通常可选取计算的理论值。如果其负载是变化比较大的，例如，音频、功放电源等变压器的截面积，则应适当大于理论计算值．这样才能保证有足够的功率输出能力(因为一旦截面积确定后，就不可能再选择功率余量了)。如何确定这些变压器的"P"值呢?应该计算出使用时负荷的最大功率。并且估算出某些变压器在使用中需要输出的最大功率。特别是音频变压器、功放电路的电源变压器等(笔者测试过多种功放电路的音频变压器、功放电路的电源变压器；音频变压器在大动态下明显失真，电源变压器在大动态下次级电压明显下降。经测算，截面积不够是产生上述现象的主要原因之一)。 ●每伏匝数的确定： 变压器的匝数主要取决于铁芯截面积和硅钢片的质量，通常从参考书籍计算出的每伏匝数是比较多的，经实验证明，从理论设计的数值上，将每伏匝数降低10％～15％是没有问题的。例如，一只35W的电源变压器，根据理论计算(中矽钢片8500高斯)每伏匝数为7.2匝，而实际每伏只需6匝就可以了，且这样绕制的变压器空载电流在26mA左右。 笔者和同行在解剖过日本生产的家用电器上的电源变压器时发现。他们生产的变压器每伏匝数比我们国产的变压器线圈匝数要少得多，同样35W的电源变压器每伏匝数只有4．8匝，空载电流45mA左右。通过适当减少匝数。绕制出来的变压器不但可以降低内阻，而且避免了采用普通规格硅钢片时经常出现的绕不下的麻烦。还节省了成本，提高了性价比。 ●漆包线的线径确定： 线径是根据负载电流而确定的。由于在不同的情况下，漆包线通载电流差距较大，故确定线径的幅度也较大，一般在额定的电流下连续工作的变压器，其工作电流基本不变，但在散热条件不理想，且环境温度比较高时，应按电流密度为2A/mm2选取漆包线的线经。如果变压器连续工作时负载电流基本不变，但本身散热条件很好，环境温度又不高，漆包线按电流密度2.5A/mm2选取线径：假如一般时段工作电流只有最大电流的1／2。漆包线按电流密度3—3.5A／mm2选取线径。音频变压器的漆包线按电流密度3.5～4A/mm2选取线径。这样，因时制宜取材，既可保证质量又可大大降低成本。 二、两种特殊变压器设计方法与技巧
一种基于正激变换器的开关电源设计方法 收藏此信息打印该信息添加：郑慧汤天浩韩金刚来源：未知 1 引言 经过多年的发展，开关电源技术已经取得了很大成功，其应用也十分普遍和广泛。但因其结构复杂，涉及的元器件较多，以及要降低成本、提高可靠性，仍存在一些问题需要解决。例如:电源的设计和生产需要较高的技术支持;电路的调试要有实际经验，也有一定的难度。对于第一个问题，由于目前各种开关电源虽然形式多样，结构各异，但其大都源于几种基本的dc-dc变换器拓扑结构，或者是这些基本电路组合，因此，可以对几种基本dc-dc变换器进行分析，将已有的电路设计公式应用于实际开关电源的设计。对于第二个问题，随着计算机硬件和软件的发展以及仿真技术的不断完善，人们可以利用仿真技术来解决开关电源产品开发和生产中存在的问题。 本文在对基本的buck变换器电路拓扑分析的基础上，对与之相关的正激变换器和双管正激变换器进行了分析，发现可以通过等效变换，从buck变换电路的设计公式中推导出正激变换和双管正激变换电路的参数计算公式;此外，采用pspice仿真软件进行了电路仿真试验，仿真结果证明了开关电源电路设计的正确性。 2 buck变换的拓扑结构与参数设计 基本buck变换器的电路拓扑结构如图1所示，由电压源vi、串联开关s、续流二极管vd和由lc组成的电流负载组合而成，其中l的大小决定输出电流纹波，而输出电压纹波则由c决定，这是最基本的一种直流变换器。 图1 基本的buck变换器 文献[1]给出了buck变换器的电路设计公式，根据buck变换器的输出公式:
式中:ρ为占空比，且有:ρ＝ton/t，则ρ＝vo/vi。 电感l的计算公式为: 式中:f为开关频率; iomin为输出最小电流。 而电容c的计算公式为: 式中:δvo为输出电压纹波。 3 正激变换的公式推导 3.1 拓扑结构与工作模式 一个单管正激变换器的主电路拓扑结构如图2所示，由于正激变换器是在基本的buck型变换器基础上多了一个隔离变压器t1、一个二极管vd1和一个由回收绕组n3和箝位二极管vd3构成的复位电路。由于电路形式发生了变化，所以设计时不能直接使用上述基本buck变换器的参数计算公式。本文通过对正激变换器工作模式的分析，采用等效变换方法将正激变换器等效为一个基本的buck变换电路，由此可将基本buck变换电路的参数计算公式(2)和(3)推广到一类正激变换器的参数计算，建立新的设计公式。 图2 单管正激变换器主电路结构
高效率开关电源设计实例 1 0 W同步整流Buck变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路 的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PW履计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器（板载的10W降压 Buck变换器）。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步 控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3/4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的（见图20的电路图）。 设计指标 输入电压范围：DC+10- +14V 输出电压：DC+5.0V
额定输出电流：2.0A 过电流限制：3.0A 输出纹波电压：+30mV (峰峰值) 输出调整：土1% 最大工作温度：+40 C “黑箱”预估值 输出功率：+5.0V *2A=10.0W最大) 输入功率：Pout/估计效率=10.0W^0.90=11.1W 功率开关损耗(11.1W-10W) * 0 . 5=0.5W 续流二极管损耗：(1I.IW-10W) *0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时11.1W / 10V=1.1IA 高输入电压时：11.1W/ 14V=0. 8A 估计峰值电流：1 . 4lout(rated)=1 . 4X 2. 0A=2. 8A 设计工作频率为300kHz。
总结：开关电源设计心得 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。 控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外。 下面谈一谈印制板布线的一些原则 线间距：随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。，这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。 最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路，当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。
实验九 直流稳压电源的设计 一．实验目的 1．学习小功率直流稳压电源的设计与调试方法。 2．掌握小功率直流稳压电源有关参数的测试方法。 二．预习要求 1．根据直流稳压电源的技术指标要求，按照教材中介绍的方法，设计出满足技术指标要求的稳压电源。根据设计与计算的结果，写出设计报告。 2．制定出实验方案，选择实验用的仪器设备， 三．实验原理 小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图1所示。 + 电 源 + 整 流 + 滤 波 + 稳 压 + u 1 u 2 u 3 u I U 0 _ 变压器 _ 电 路 _ 电 路 _ 电 路 _ （a ）稳压电源的组成框图 u t （b ）整流与稳压过程 图1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 1．电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的220V 交流电压u 1变换为整流电路所需要的交流电压u 2。电源变压器的效率为： 1 2P P =η 其中：2P 是变压器副边的功率，1P 是变压器原边的功率。一般小型变压器的效率如表1所示： 表1 小型变压器的效率
因此，当算出了副边功率2P 后，就可以根据上表算出原边功率1P 。 2．整流和滤波电路 在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u 2变换成脉动的直流电压u 3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u 3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U I 。U I 与交流电压u 2的有效值U 2的关系为： 2)2.1~1.1(U U I = 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： 22U U RM = 流过每只二极管的平均电流为： R U I I R D 245.02== 其中：R 为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C 提供放电通路，放电时间常数RC 应满足： 2 )5~3(T RC > 其中：T = 20ms 是50Hz 交流电压的周期。 3．稳压电路 由于输入电压u 1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I 会随着变化。因此，为了维持输出电压U I 稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。 集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。 （1） 固定电压输出稳压器 常见的有CW78??（LM78??）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79??（LM79??）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V 、6V 、9V 、15V 、18V 和24V 。稳压器使用时，要求输入电压U I 与输出电压U o 的电压差U I - U o ≥2V 。稳压器的静态电流I o = 8mA 。当U o = 5 ~ 18V 时，U I 的最大值U Imax = 35V ；当U o =18 ~ 24V 时，U I 的最大值U Imax = 40V 。它们的引脚功能及组成的典型稳压电路见附录图A 所示。 （2）可调式三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为U o =1.2 ~ 37V ，最大输出电流I omax =1.5A 。输入电压与输出电压差的允许范围为：