单端正激电路的分析和设计

单端正激式变换器电路设计
如图所示，当开关管V1导通时，输入电压Uin全部加到变换器初级线圈W1'两端，去磁线圈W1''上产生的感应电压使二极管V2截止，而次级线圈W2上感应的电压使V3导通，并将输入电流的能量传送给电感Lo和电容C及负载；与此同时在变压器中建立起磁化电流，当V1截止时，V3截止，Lo上的电压极性反转并通过续流二极管V4继续向负载供电，变压器中的磁化电流则通过W1''、V2向输入电源Uin释放而去磁；W1''具有钳位作用，其上的电压等于输入电压Uin,在V1再次导通之前，T中的去磁电流必须释放到零，即T中的磁通必须复位，否则，变压器T将发生饱和导至V1损坏。

通常W1'=W1''，采用双线并绕耦合方式的占空比<0.5，否则T将饱和。

单端正激式变换器波形如下图所示。

单端 正激式 高频 开关 电源 的特 点之 一就 在于它的高频化，开关频率的提高能够提高系 统的抗干扰性并且改善动态性能，对于单端正 激 式 高 频 开 关 电源 的 变 压 器 的 尺 寸 和 电 容 电感
现对 电流平均值的保护，属于截 流式保护。通 过调节分散 压比可改变开关管的限流值 ，实现 工业革命 被命 名为 “ 电气时代 ”，电气 引 都能够做到有效地减小。单端正激式高频 开关 电流瞬时值的逐周期比较 ，属于限流式保护。 个新的时代，可见电力的应 用在任 何行 电源 高频化 的要求会 带来 一个新 的问题 ，高频 两种过流保 护互为补 充， 使 电源更为安全可靠。 ５ 叟 ｂ 于无法替代 的地位 。电源技 术服务 于各 化增加 ，随之 噪声 也会加 大，采用 部分谐振转 采 用 电 流 互 感 器 采 样 ， 使 控 制 电 路 与 主 电路 隔 《 域和行业，其 本身具有的实用性极 强，根 换回路技 术，在 原理上不仅 可以降低 电子 元件 离，同时与电阻采样相比降低了功耗 ，有利于 ； 同行业不同的特点， 电源技术的使用也千 的 工作 噪音 还 能够 提 高频 率 。 提高整个电源的效率。 别，但 是始终是必不可少 的。 单端正激 式 高频 开关 电源 的发展 也离 不 ３ 结 束语 草端 正激式 高频开 关电源设计 历程和 开当代 先进 的科 学技 术，计 算机 技术 就能够
时还要保证其中的储能原件的功能不能有所降
低。
键词 】单端正 激式 高频开 关电源设 计 电 术 设 计 探 讨
电流反 馈 电路也 是重要 的一 部分 ，采用 电流互感器 ，通过检测开关管上 的电流作 为采 样 电流 。电流 互感器 的输 出分为电流平均值反 馈和 电流瞬时值反馈两路。输出脉冲关断，实

《开关电源》作品设计论文设计题目：单端正激开关电源设计学院名称：电子与信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气091班姓名：陈永杰学号：*********** ***师：***2012 年 5 月25 日宁波工程学院开关电源论文摘要开关电源非常广泛地应用在通讯、计算机、汽车和消费电子产品等领域。

电源设备用以实现电能变换和功率传递，是各种电子设备正常工作的基础，而高频高效小型开关电源又是开关电源发展的必然趋势，在通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等领域得到了越来越多的广泛应用。

在深入研究分析各种开关电源原理和特点的基础上，根据导师根据项目布置的指标要求，论文设计了一种单端正激式高频单路输出开关电源。

该开关电源的特点是以单端正激式为主拓扑，以电流型控制芯片UC3842和高频变压器为核心，采用EMI滤波器、MOSFET、输出滤波电路、采样反馈通道等主要元器件和电路模块，实现了单路稳定输出。

论文所设计的开关电源输入为市电220V交流，输出电压为10V直流电压，输出最大电流为40A，开关频率为200KHZ。

论文采用面积乘积法(AP)，确定了高频变压器的原副边形式以及铁芯材料的选择，设计了输出电路、系统补偿器以及启动电路和EMI滤波电路。

论文设计好后，对所设计的单端正激式高频开关电源电路系统进行全面仿真，仿真结果表明，各项指标符合要求。

而后，做出实物，调试显示：该开关电源的输出电压调整特性、负载调整率、输出纹波、动态响应、温度变化等均满足了项目的指标要求，并且具有良好的过载、短路保护特性和波形特性，各项技术指标能够达到信息平台的供电要求。

关键词：高频开关电源；单端正激式；AP法变压器II宁波工程学院开关电源论文目录摘要 (II)第1章绪论 (1)1.1 开关电源简介 (1)1.2设计要求 (2)1.2.1设计任务 (2)1.2.2设计要求 (2)1.2.3设计内容 (2)第2章开关电源设计 (3)2.1 400W单端正激开关电源总体设计方案 (3)2.2 具体方案设计 (4)2.2.1 主电路设计 (4)2.2.2 基于UC3842控制电路设计 (6)2.2.3 变压器设计 (10)2.2.4 主要开关变换电路设计 (15)2.2.5 辅助电源的设计 (19)第3章元件选取 (22)3.1 控制元件参数 (22)3.2 变压器设计元件参数选择 (23)3.2.1 工频变压器设计参数 (23)3.2.2 高频变压器设计参数 (26)第4章设计总结 (36)参考文献 (37)附录 (38)III宁波工程学院开关电源论文第1章绪论1.1开关电源简介电源[power supply; power source] 向电子设备提供功率的装置。

摘要：电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。

目前，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。

本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术，本设计以正激电路为主体，采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流，输出稳压稳频的直流电。

关键词开关电源；正激电路；变压器；脉宽调制；ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment.The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability.KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation目录前言 (1)1. 开关电源的发展及趋势 (2)1.1 开关电源的发展历史 (3)1.2 开关电源的发展趋势 (3)2. 开关电源概念及基本原理 (4)2.1 开关电源概念 (5)2.1.1 基本概念 (5)2.1.2 开关电源通常由六大部分组成 (5)2.2 开关电源各部分电路基本原理 (5)2.2.1 脉宽调制式开关电源的基本原理 (5)2.2.2 TOPSwitch—GX系列TOP244Y芯片 (6)2.2.3 单相二极管整流桥 (7)2.2.4 缓冲电路（吸收电路） (8)2.2.5 正激电路 (9)2.2.6 开关电源中的滤波电路 (11)3. 开关电源变压器的设计 (13)3.1 确定磁心的尺寸 (13)3.2正激式变压器的设计 (15)3.2.1 变压器匝数比的确定 (16)3.3 变压器的绕线技术 (17)3.3.1 绕组符合安全规程 (17)3.3.2 低漏感的绕制方法 (18)3.3.3 变压器紧密耦合的绕制方法 (19)4. 单端正激式开关电源主电路设计 (21)4.1 输入电路设计 (21)4.2 正激电路的设计 (22)4.2.1 复位电路 (22)4.2.2 导向电路和续流电路 (22)4.2.3 抑制阻尼振荡电路 (22)4.3 正激变压器设计 (22)4.4 输出电路的设计 (23)5. 实验结果 (23)5.1 空载试验 (23)5.2 带金属负载试验 (24)4）TOPSwitch漏源极之间电压Uds 波形为 (24)5.3 试验过程出现的问题及解决 (25)结论 (25)致 (26)参考文献 (27)前言本课题主要是研究基于TOPSwitch—GX系列芯片TOP244Y构成的，以脉宽调制PWM为控制方式的高频单端正激式开关电源。

1、单端正激式单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器；正激——脉冲变压器的原/付边相位关系，确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边同时对负载供电。

该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。

图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。

2、单端反激式反激式电路与正激式电路相反，脉冲变压器的原/付边相位关系，确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边不对负载供电，即原/付边交错通断。

脉冲变压器磁能被积累的问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰，可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。

从电路原理图上看，反激式与正激式很相象，表面上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。

3、推挽（变压器中心抽头）式这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。

主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。

5、半桥式电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管（T3、T4）换成了两只等值大电容C1、C2。

主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。

这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。

4、全桥式这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。

图中T1、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关端；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时导通/关端。

采用TOPSwitch的单端正激式电源的电路分析与设计引言TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（Three?terminalofflinePWMSwitch）的缩写。

它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，AC/DC 转换效率高达90％。

对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂*，是一种简捷的SMPS （SwitchModePowerSupply）设计方案。

TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。

但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。

反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。

这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。

实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。

但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。

而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。

笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验*该电路是切实可行的。

下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。

1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V 是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。

单端正激的工作原理
单端正激（Single-Ended Class A Amplification）是一种放大电路的工作方式，其工作原理如下：
1. 输入信号与直流偏置：输入信号首先经过一个耦合电容，将交流信号的直流分量去除，然后输入到放大器的基极或门极。

此外，还需要一个直流偏置电源，为放大器提供直流工作点，使得输出信号能够在正半周和负半周均能够被放大。

2. 放大器的工作点：放大器的工作点是通过调整直流偏置电源来实现的，通常是在集电极或源极引入一个固定的直流电压，使得放大器的输出在静态条件下处于放大范围内，不会过饱和或欠饱和。

3. 放大器的放大过程：当输入信号施加在放大器的基极或门极上时，它将从放大器的电源中获取功率，通过晶体管或场效应管的放大作用进行放大。

这样，输入信号的交流成分将被放大并从输出端得到。

4. 输出信号的形状：在单端正激放大器中，输出信号是对输入信号进行放大后得到的。

由于放大器的工作点设置在线性放大范围内，输出信号将完全保持和输入信号一样的波形，只是幅度将被放大。

需要注意的是，虽然单端正激放大器在信号放大方面表现出色，但其效率较低，因为在整个放大过程中，电流一直通过晶体管或场效应管，导致功率损耗较大。

此外，单端正激放大器也容易受到交流噪声的干扰，因此在实际应用中需要采取一些抑制噪声的措施。

100W 单端正激开关电源方案分享之主电路设计
单端正激式开关电源的设计和研发工作，对于很多工程师来说都是非常熟悉的了，这种开关电源在家电以及加工制造等领域是比较常见的。

本文将会在这里为大家分享一种100W 的单端正激开关电源设计方案，这一开关电源适合小功率应用方向的选择，设计相对简单易操作。

在今天的文章中，将会着重分享这一方案的主电路设计情况。

100W 单端正激开关电源的技术指标
本方案所设计的这种100W 单端正激式开关电源的技术指标要求是，输入市电220V/50HZ，输出12V/4A，工作温度为-40℃～+85℃，工作频率200～250KHZ，隔离电阻大于200MΩ，输入电压范围为交流176V～
260VAC/50HZ。

这一方案中的主要技术要求是输出电压精度维持在±1%左右，输出纹波需要控制在VP-P≤1%，负载调整率（主路）±0.5%。

同时，这一方案还要求输出具有短路保护功能，并能自动恢复。

效率η>82%。

主电路框架设计
下图图1 所示是本方案所选择的单端正激式开关电源电路的典型结构，可以看到，这一电源主要由整流滤波电路、DC/DC 变换电路、开关占空比控制电路以及取样比较电路等模块构成。

在这一单端正激式的开关电源主电路结构中，其前级整流滤波电路的主要作用是被用来消除来自电网的干扰，同时这一电路的设计也能够有效的防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散，并将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。

变换器是这一单端正激式开关电源的关键部分，在电源正常运行时，变换器可以把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔。

单端正激电路1 概述单端正激电路是一种基本的电力电子电路，其特点是具有简单、可靠、易制造、节能等优点，被广泛应用于电力电子控制领域。

本文将详细介绍单端正激电路的结构、原理、优缺点及应用等方面。

2 单端正激电路的结构单端正激电路由直流电源、开关管、变压器、负载等几个基本部分组成。

其中开关管可以是晶体管、场效应管、双极性晶体管等电子元件，变压器则有多种结构，包括单绕组变压器、多绕组变压器等。

3 单端正激电路的工作原理当开关管导通时，直流电源将电能储存于变压器的磁场中。

当开关管截止时，磁场就会与变压器的剩余部分产生电磁耦合，输出高压电流，驱动负载工作。

由于只有一个开关管，所以称为单端正激。

4 单端正激电路的优点单端正激电路具有简单、可靠、电路稳定、不易出现电磁干扰、实现成本低等优点。

同时它还能够很好地控制输出电流、输出电压等参数，使其符合负载要求。

5 单端正激电路的缺点单端正激电路也存在一些缺点，如变压器存在铁损、铜损等损耗，会因变压器结构不同产生电压浪涌和电流浪涌等问题。

此外，单端正激电路输出波形质量也不如双向开关电源。

6 单端正激电路的应用单端正激电路常常被应用于电机控制、逆变器、稳压电源、交流电源、LED驱动器等领域。

特别是在风力发电、太阳能发电、燃料电池等新能源开发应用领域，单端正激电路具有简单、可靠、轻便、能耗低等优点，尤其受到青睐。

7 结语本文对单端正激电路的结构、原理、优缺点及应用等方面进行了详细介绍。

随着新能源、自动化、数字化等领域的不断推进，单端正激电路将会有更广泛的应用前景。

单端正激电路的分析和设计单端正激电路的分析和设计一、工作原理如图：Q1导通时，副边二极管D1导通，D2截止，电网通过变压器T1向负载R L输送能量，此时输出滤波电感L0储存能量。

当Q1截止时，电感的储能通过续流二极管D2向负载释放，D1截止。

N3与二极管D3串联起到去磁复位的作用。

注意：复位绕组对变压器工艺的要求，要求耦合好又要绝缘好。

还有其它形式复位电路如RCD复位电路LCD复位电路输出电压V0= N S ×T ON ×EN P TN S/N P为副边原边匝比T ON/T为导通时间与周期的比，即导通占空比E为原边绕组电压二、正激电路的设计设计前我们要给定电路设计的一些指标参数，总结为：1、开关频率2、输入电压范围:Vin min—Vin max3、输出负载范围:Io min—Io max4、输出电压范围:Vo min—Vo max5、滤波电感电流的纹波: △I L f6、输出电压纹波:△Vo第一步：工作频率的确定工作频率对电源体积以及特性影响很大，必须很好地选择。

工作频率高时，输出滤波器和输出变压器可小型化，过渡响应速度快。

但主开关元件、输出二极管、输出电容以及输出变压器的磁芯，还有电路设计等都受到限制。

另外，还要注意输出变压器绕组匝数。

第二步：最大导通时间（Ton max）的确定。

Ton max=T×Dmax对于正向激励D选为0.4~0.45较适宜。

Dmax是设计电路时的一个重要参数，它对主开关元件，输出二极管的耐压与输出保持时间，输出变压器以及输出滤波器的大小，变换效率等都有很大影响。

第三步：变压器次级输出电压的计算Vs min= （Vo max＋V L＋V F）×TTon maxVs min：变压器次级最低电压Vo max：最大输出电压V L：电感线圈压降V F：输出侧二极管的正向压降第四步：变压器匝比N的计算N= Vin minVs minVin min: 变压器初级最低电压Vs min：变压器次级最低电压第五步：变压器初级绕组匝数的计算因为作用电压是一个方波，一个导通期间的伏秒值与初级绕组匝数关系N P= Vin min ×Ton max×108(Bm－Br)×SN P：初级绕组匝数Vin min：变压器初级最低电压Ton max：最大导通时间Bm－Br：磁感应强度S：磁芯有效截面积第六步：次级绕组匝数的计算Ns=Np/NN为匝比第七步：输出滤波电感的计算L=Vs min－（V F＋Vo max）×T on max △I L△I L为I O的15%—20%另外，功率开关器件电流电压耐量的确定，变压器原副边绕组线径的确定。

单端正激变换器電路解說★电路拓扑图2、电路原理其变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级需有复位绕组Nr（此点上我对一些参考书籍存疑，当然有是最好，实际应用中考虑到变压器脚位的问题）。

在实际使用中，我也发现此绕组也用RCD吸收电路取代亦可，如果芯片的辅助电源用反激供给则也可削去调整管的部分峰值电压（相当一部份复位绕组）。

输出回路需有一个整流二极管D1和一个续流二极管D2。

由于其变压器使用无气隙的磁芯，故其铜损较小，变压器温升较低。

并且其输出的纹波电压较小。

3、变压器计算一般来说高频变压器的设计可划分为以下六个步骤：a、选择磁芯材料和磁芯结构形式。

b、确定工作频率，工作最大磁感应强度Bm。

c、计算并初选磁芯型号。

d、计算并调整原、副边匝数。

e、计算并确定导线线径。

f、校核窗口面积和最大磁感应强度Bm。

现就这六个步骤来讨论单端正激式变压器的设计：★ 选择磁芯材料和磁芯结构形式高频变压器磁性材料选择的标准为高初始磁导率μi、低矫顽力Hc、高饱和磁感应强度Bs、低剩磁Br、高电阻率ρ和高居里温度点。

磁导率高，变压器工作时励磁电流就小；矫顽力低则磁滞损耗比较小；高饱和磁感应，低剩磁，变压器工作时磁通变化范围 B可以较大，相应减小了变压器体积；高电阻率，高频工作时涡流损耗比较小；高居里温度点，变压器工作温度可以相应提高，但以上各项要求不可能同时得到满足，不同的磁性材料存在其长处也必然存在不足，需视具体应用条件加以选择。

一次电源工作频率一般选择在60KHz～150KHz 之间，二次电源产品工作频率一般选择在100KHz～400KHz之间，在这个频率范围，宜选用Mn-Zn铁氧体材料，目前二次电源常用的铁氧体材料包括TDK的PC30－PC40，Magnetics的P 材料，PHILIP的3F3及899厂的R2KB2等。

磁芯结构形式的选择一是考虑能量传递，二是考虑几何尺寸的限制，三是考虑磁芯截面积和窗口面积的比例，多路输出变压器一般要求有较大的窗口面积，选择EE型、EI型或PQ 型磁芯，可具有较大的窗口和良好的散热性，DC/DC模块电源可选用FEY型、FEE型、EUI型等，铃流变压器要求磁芯截面积比较大，可选用GU形磁芯；此外还应考虑变压器的安装，加工方便性，成本等，目前中、大功率通常选用GU形磁芯，这种磁芯特点是有较大的截面积，漏磁很小，采用国产材料，成本低，但出线需手焊。

第三章
单端正激式开关稳压电源
§ 3.1 基本工作原理 § 3.2 TL494设计特点 § 3.3 驱动、保护电路
§ 3.1 基本工作原理
带去磁绕组二极管箝位电 路的单端正激单管变换器
为满足磁通复 位，导通脉宽 不能超出周期 的一半。
单端正激双管变换器电路结构
PWM脉宽控制电路同时
控制两个开关管的通断
双管：由于用两个二极管箝位，使两只开关管的耐压可以降低一倍； 单管：开关管的耐压至少是两倍的输入电压值 注意：由于在变压器复位值相等，方向相反，故开 关管的导通时间等于变压器的复位时间，所以为了实现复位，双管正 激变换器的最大导通时间为开关周期的一半。为可靠起见，其占空比 应小于50％，否则变压器就不能可靠复位，导致饱和。
工作频率1－300kHz，输出电压达40V，输出电流为200mA。
TL494内部功能方框图与基本单元电路
§ 3.3 驱动、保护、软启动电路
过流检测电路是利用TL494的16脚作为检测输入端，当输出电 压的负载电流超出一定值（1.5~2.0A）时，IC内部的3脚电压立刻升 高大于正常时的值（3.8~4.5V）,从而全部封锁TL494的输出脉冲。
§ 3.2 TL494 设计特点
TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控 制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥 式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不 同场合的要求。其主要特性如下： 主要特征 1、集成了全部的脉宽调制电路。 2、片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电 阻和一个电容）。 3、内置误差放大器。 4、内止5V参考基准电压源。 5、可调整死区时间。 6、内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。 7、推或拉两种输出方式。

关键词：三端离线PWM开关；正激变换器；高频变压器设计引言VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）2.1电路结构及工作原理若NS与NP是紧耦合，则，即VNP=1/2VNS=1/2E（2）VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371=556.5Vlt;700V（3）2.2最大工作占空比分析按NP绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）解式（4）得Dmax=1/3（5）为保险，取Dmax≤30％2.3去磁绕组电流分析改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡，初级绕组最大励磁电流为im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）式中：Lm为初级绕组励磁电感。

当im(t)=Ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)式中：lc为磁路长度；Ipm为初级电流的峰值。

根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为下面讨论当NP=NS，Dmax=0.5与NP=NS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。

设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有Im1NP1=Im2NP2（10）式中：NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流；Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。

由式（10）及Lm1，Lm2分别与NP12，NP22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为(NP1)/(NP2)=0.5/0.3及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为Ism1=Im1=Im（13）Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）从计算结果可知，采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。

单端正激原边有源箝位电路目录1概述（电路类别、实现主要功能描述）： (2)2电路组成（原理图）： (2)3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): (2)4关键参数计算分析： (5)5电路的优缺点 (4)6电路的应用说明： (5)7应用的注意事项： (5)3.2 不同的是嵌位管S2及选取不同。

图1：嵌位管S2: P-OS管，不太容易选型（P-MOS管相对较少），驱动容易（嵌位管与主开关管共地），不需要外加驱动电路，如QSR、ESR等系列中LM5025的应用。

图2：嵌位管S2: N-OS管，比较容易选型（N-MOS管相对较多），但驱动不容易（嵌位管与主开关管不共地），需要外加驱动电路，如FDR-L60028SCG中M51995AFP的应用。

3.3 下面以图1为例对单端正激原边有源嵌位电路进行分析。

3.3.1有源钳位正激变换器拓扑与传统的单端正激变换器拓扑基本相同，只是增加了辅助开关S2和嵌位电容C C。

开关S1和S2工作在互补状态。

为了防止开关S1和S2共态导通，两开关的驱动信号间留有一定的死区时间。

为了方便分析，假设：a.位电容C C容量足够大以至于其上的电压V C视为常数；b.出滤波电感L O足够大以至于其中的电流纹波可忽略不计；c.压器可等效成一个励磁电感Lm和一个匝比为n的理想变压器并联，并且初次级漏感可忽略不计；d.有半导体器件为理想器件。

3.3.2 源钳位正激变换器典型工作模式图3图3有源嵌位同步整流正激变换器的工作典型波形有源钳位正激变换器工作状态可分为6个工作区间，关键工作波形如图 3所示。

[t0～t1] 期间主开关S1导通，辅助开关S2断开。

变压器初级线圈受到输入电压Vin的作用，励磁电流线性增加，次级整流管导通并向负载输出功率。

t1时刻，主开关S1断开。

[t1～t2] 期间负载折算到变压器初级的电流Io＊和励磁电流Iim给电容Cds1(开关管输出电容)充电和Cds2（嵌位管输出电容）放电，电压Vds1迅速上升。

单端⾃激式正激型开关稳压电源电路1、单端⾃激式正激型开关稳压电源的实际应⽤电路单端⾃激式正激型开关稳压电源的实际应⽤电路如图2-6所⽰。

该电路为早期典型的单端⾃激式正激型开关稳压电源电路，其输出电压为?12V，输出电流为5A。

当输⼊电⽹电压为220V/50Hz 时，电路中的开关K就置于B的位置；当输⼊电⽹电压为110V/60Hz时，电路中的开关K就置于A的位置。

2、单端⾃激式正激型开关稳压电源的⼯作原理该稳压电源电路的输⼊电压通过开关K可以在220V/50Hz与110V/60Hz之间互相转换，输⼊电压的动态变化范围为?40%，输出电压为?12V，输出电流为5A。

其⼯作原理为：输⼊⼯频电⽹电压220V/50Hz与110V/60Hz经过由电容C1～C6和共模电感T1构成的双向共模滤波器将杂波噪声和⼲扰信号滤除⼲净后，再经过具有负温度系数的限流保护电阻输送到全波整流器IC1。

全波整流器的输出经过由电容C7、C8和电阻R1组成的滤波器滤波后，即可得到300V/150V直流电压。

该直流电压就是单端⾃激式正激型开关稳压电源电路的供电电压。

电路中的双向共模滤波器既可滤除和抑制⼯频市电电⽹上的⾼频⼲扰信号对电源电路的影响，⼜可滤除和抑制开关稳压电源电路本⾝所产⽣的⾼频⼲扰信号窜扰到⼯频市电电⽹上对其形成的污染。

当电源电压接通后，300V/150V直流电压经功率开关变压器的初级绕组Np加到功率开关管V1的集电极。

与此同时，该300V/150V直流电压经电阻R4、R7、R9和⼆极管VD3降压或分压后向功率开关管V1的基极提供正向偏压和所需的基极电流，于是功率开关管V1就开始导通。

这样，在功率开关变压器的初级绕组Np中便有经功率开关管V1的集-射极、⼆极管VD3和电阻R9的电流流过。

功率开关管V1的集电极电流流过功率开关变压器的初级绕组Np后，必然会在绕组Np上感应出交变电压，通过变压器的磁耦合作⽤，便会在功率开关变压器的次级绕组Nb上感应出对功率开关管V1基极为正反馈的电压。

摘要：电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。

目前，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。

本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术，本设计以正激电路为主体，采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流，输出稳压稳频的直流电。

关键词开关电源；正激电路；变压器；脉宽调制；ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment.The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability.KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation目录前言 (1)1. 开关电源的发展及趋势 (2)1.1 开关电源的发展历史 (2)1.2 开关电源的发展趋势 (2)2. 开关电源概念及基本原理 (3)2.1 开关电源概念 (3)2.1.1 基本概念 (3)2.1.2 开关电源通常由六大部分组成 (4)2.2 开关电源各部分电路基本原理 (4)2.2.1 脉宽调制式开关电源的基本原理 (4)2.2.2 TOPSwitch—GX系列TOP244Y芯片 (4)2.2.3 单相二极管整流桥 (4)2.2.4 缓冲电路（吸收电路） (5)2.2.5 正激电路 (6)2.2.6 开关电源中的滤波电路 (7)3. 开关电源变压器的设计 (8)3.1 确定磁心的尺寸 (8)3.2正激式变压器的设计 (9)3.2.1 变压器匝数比的确定 (9)3.3 变压器的绕线技术 (10)3.3.1 绕组符合安全规程 (10)3.3.2 低漏感的绕制方法 (11)3.3.3 变压器紧密耦合的绕制方法 (13)4. 单端正激式开关电源主电路设计 (13)4.1 输入电路设计 (13)4.2 正激电路的设计 (14)4.2.1 复位电路 (14)4.2.2 导向电路和续流电路 (14)4.2.3 抑制阻尼振荡电路 (14)4.3 正激变压器设计 (14)4.4 输出电路的设计 (15)5. 实验结果 (15)5.1 空载试验 (15)5.2 带金属负载试验 (16)4）TOPSwitch漏源极之间电压Uds 波形为 (16)5.3 试验过程出现的问题及解决 (16)结论 (16)致谢 (17)参考文献 (17)前言本课题主要是研究基于TOPSwitch—GX系列芯片TOP244Y构成的，以脉宽调制PWM为控制方式的高频单端正激式开关电源。

单端正激变压器的设计开关电源变压器是高频开关电源的核心元件。

其作用为：磁能转换、电压变换和绝缘隔离。

开关变压器性能的好坏不仅影响变压器本身的发热和效率，而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。

高频开关变压器的设计主要包括两部分：绕组设计及磁芯设计。

本文将对应用在高频下的单端正激变压器的设计方法及磁芯的选择给出较为详细的论述。

1 单端正激变压器原理单端正激变压器的原理图。

单端正激变压器又称&quot;buck&quot;转换器。

因其在原边绕组接通电源Vi的同时把能量传递到输出端而得名。

正激式变压器的转换功率通常在50～500 W之间。

输出电压Vo由匝比n、占空比D和输入电压Vi确定。

当PWM控制器输出正脉冲，功率开关导通，变压器的初级绕组通过电流，此电流由两部分组成，一部分为磁化电流即流经等效开环电感上的电流，另一部分足与输出电流等效的初级电流，他和初次级匝比成正比，和输出电流成正比。

储存在电感上的能量必须在功率开关关断后下一次开启前泄放掉，以便使磁通复位。

N3为去磁绕组。

2 变压器磁芯的选用原则高频开关电源中的变压器从性能价格比考虑，MnZn功率铁氧体材料是最佳的选择。

应用于高频开关电源变压器中的铁氧体应具有以下磁特性：高饱和磁通密度或高的振幅磁导率，在工作频率范围有低的磁芯总损耗，较低的温度系数，较高的居里温度。

磁芯损耗Pc主要由磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe(包括剩余损耗Pr)组成，即：磁滞损耗Ph正比于直流磁滞回线的面积，并与频率成正比关系。

即：对于工作频率在100kHz以下的功率铁氧体磁芯，降低磁滞损耗是最重要的，为降低损耗，即要降低矫顽力Hc、剩余磁感应强度。

要达到此目的，须从两方面着手，一是从配方成分方面，尽量使磁晶各项异性常数k&rarr;0，磁滞伸缩常数&rarr;0；二是在工艺上要做到高密度、大晶粒、均匀完整、另相少、内应力小、气孔少。

3 单端正激变压器的设计步骤(1)了解变压器的各项指标要求；(2)选取磁芯材质确定△B值；(3)计算磁芯的AP值，确定磁芯型号规格；(4)计算初次级绕线匝数；(5)计算线径dw。