反激式开关电源设计的思考六

反激式开关电源设计详解一、工作原理1.开关管控制：反激式开关电源中，开关管起到了关键的作用。

当输入电压施加在开关管上时，开关管处于导通状态，此时电流流经变压器和输出电路，能量存储在变压器核心中。

当输入电压施加在开关管上时，开关管处于截止状态，此时能量释放，通过一对二极管和电容器形成输出脉冲电流。

2.变压器作用：反激式开关电源中的变压器主要用于将输入电压转换为所需的输出电压。

在导通状态下，输入电压施加在变压器的一侧，能量存储在变压器的磁场中。

在截止状态下，变压器的磁场崩溃，能量释放到输出电路中。

3.输出电路过滤：输出电流通过一对二极管和电容器形成脉冲电流。

为了使输出电流更加稳定，需要通过电容器对输出电流进行滤波，降低脉冲幅度，使输出电压更加平稳。

二、基本结构1.输入滤波电路：由于输入电源通常含有较多的噪声和干扰，为了保障开关电源的正常工作，需要在输入端添加一个滤波电路，通过滤波电容和电感将输入电压的尖峰和噪声滤除。

2.开关控制电路：开关控制电路用于对开关管进行控制，使其在合适的时机打开和关闭。

常见的控制方式有定时控制和反馈控制两种。

3.开关管：开关管在反激式开关电源中起到了关键的作用。

常见的开关管有MOS管、IGBT管等，其特性包括导通损耗、截止损耗和开关速度等。

4.变压器：变压器用于将输入电压变换为所需的输出电压。

同时，变压器还能起到隔离输入电源和输出负载的作用，保护负载。

5.输出整流滤波电路：输出整流滤波电路用于对输出电流进行整流和滤波，使输出电压更加稳定。

三、常见设计方法1.脉冲宽度调制（PWM）控制：PWM是一种常用的反激式开关电源控制方法，通过控制开关管的导通时间来调节输出电压和电流。

PWM控制能够实现较高的效率和较低的输出波纹，但需要一定的控制电路。

2.变压器匹配设计：在设计反激式开关电源时，需要合理选择变压器的匝数比，以实现所需的输入输出电压转换。

同时，还需要考虑变压器的大小和功耗。

反激式开关电源设计的思考六－变压器设计实例已知条件：输入电压：DC:380V～700V输出电压：1) 5V／0.5A2) 12V／0.5A3) 24V／0.3APWM控制论芯片选用UC2842，开关频率：50KHz效率η：80％取样电压用12V，5V用7-8V电压通过低压差三端稳压块得到；算得Po＝5×0.5+12×0.5+24×0.3=15.7 W计算步骤：1、确定变比NN＝Np／NsVoR = N(VO+VD)N＝VoR／(VO+VD)VoR取210VN＝210／(12+1)＝16.1 取162.计算最大占空比Dmax3、选择磁芯计划选择EE型磁芯，因此ΔB为0.2T，电流密度J取4A/mm2 Ap = AwAe = 6500×P0 / (△B×J×f)＝2.51×103 （mm4）通过查南通华兴磁性材料有限公司EE型磁芯参数知通过上面计算,考虑到还有反馈绕组，要留有一定余量，最终选择EE25磁芯EE25磁芯的Ae＝42.2mm2=4.22X10-3m24、计算初级匝数Np5、初级峰值电流:Ip6、初级电感量L7、次级匝数1) 、12V取样绕组Ns：Ns＝Np/N＝250／16＝15.625 取16匝2）、计算每匝电压数Te：Te＝（Uo＋Ud）／Ns＝（12＋1）／16＝0.81253）、7.5V匝数：N7.5V＝U／Te＝（7.5＋0.5）／0.8125＝9.84取10匝4）、24V匝数N24V＝U／Te＝（24＋1）／0.8125＝30.7取31匝5）、辅助绕组15VN15V＝U/Te＝（15＋1）／0.8125＝19.7取20匝8、计算初级线径：1）、计算电流有效值I2）、计算线径d9、计算次级12V／5V线径：1）、计算电流有效值I2）、计算线径d10、计算次级24V线径：1）、计算电流有效值I2）、计算线径d通过计算线径选择如下：初级用0.18mm线绕；12V和5V绕组用0.27mm的线双线并绕；24V绕组用0.21mm线双线并绕；辅助绕组15V用0.21mm线绕。

问题一:我们小功率用到最多的反激电源，为什么我们常常选择65K或者100K作为开关频率？有哪些原因制约了？或者哪些情况下我们可以增大开关频率？或者减小开关频率？开关电源为什么常常选择65K或者100K作为开关频率，有的人会说IC厂家都是生产这样的IC，当然这也有原因。

每个电源的开关频率会决定什么？应该从这里去思考原因。

还会有人说频率高了EMC不好过，一般来说是这样，但这不是必然，EMC与频率有关系，但不是必然。

想象我们的电源开关频率提高了，直接带来的影响是什么?当然是MOS开关损耗增大，因为单位时间开关次数增多了。

如果频率减小了会带来什么？开关损耗是减小了，但是我们的储能器件单周期提供的能量就要增多，势必需要的变压器磁性要更大，储能电感要更大了。

选取在65K到100K就是一个比较合适的经验折中，电源就是在折中合理化折中进行。

假如在特殊情形下，输入电压比较低，开关损耗已经很小了，不在乎这点开关损耗吗，那我们就可以提高开关频率，起到减小磁性器件体积的目的。

问题二：LLC中为什么我们常在二区设计开关频率？一区和三区为什么不可以？有哪些因素制约呢？或者如果选取一区和三区作为开关频率会有什么后果呢？LLC的原理是利用感性负载随开关频率的增大而感抗增大，来进行调节输出电压的，也就是PFM调制。

并且MOS管开通损耗ZVS比ZCS小，一区是容性负载区，自然不可取。

那么三区，开关频率大于谐振频率，这个仍是感性负载区，按道理MOS实现ZVS没有问题，确实如此。

但是我们不能忽略副边的输出二极管关断。

也就是原边MOS管关断时，谐振电流并没有减小到和励磁电流相等，实现副边整流二极管软关断。

这也是我们通常也不选择三区的原因。

我们不能只按前人的经验去设计，而要知道只所以这样设计是有其必然的道理的！调节K值控制好轻载到满载开关频率变化范围满足达到二区的条件。

K值越小开关频率变化范围越小，当然效率也会低些，这需要折中考虑！一般K值在3到7也是这个原因。

反激式开关电源电路设计一、反激式开关电源的基本原理1.输入滤波电路：用于对输入电压进行滤波，消除噪声和干扰。

2.整流电路：将输入交流电压转换为直流电压。

3.开关变压器：通过变压器实现电压的升降。

4.开关管：通过快速开关控制电源的输出。

5.输出滤波电路：对输出电压进行滤波，减小纹波。

二、反激式开关电源的设计步骤1.确定需求：首先需要确定设计要求，包括输出电压和电流、负载稳定性要求、效率要求等。

2.选择开关管和变压器：根据需求选择合适的开关管和变压器，考虑其最大工作电流和功率损耗。

3.转换频率的选择：根据应用的具体要求，选择合适的转换频率。

较高的频率可以减小变压器的尺寸，但也会增加开关管的功耗。

4.控制电路设计：设计开关管的控制电路，包括驱动电路和保护电路，确保开关管的正常工作和保护电路的可靠性。

5.输出滤波电路设计：设计输出滤波电路，用于滤除输出电压中的高频噪声和纹波，提高稳定性和负载能力。

6.开关电路设计：设计开关电路，确保开关管的快速开关和可靠性。

7.其他辅助电路设计：如过温保护电路、过流保护电路等。

8.电路板布局和布线：根据电路设计和要求进行电路板布局和布线，提高电路的可靠性和稳定性。

9.电路仿真和调试：使用仿真软件对设计的电路进行仿真分析，并进行实际的电路调试，确保电路的可靠性和稳定性。

三、反激式开关电源设计的注意事项1.高效率设计：选择合适的元件和电路设计，减小功率损耗，提高电源的整体效率。

2.稳定性设计：考虑负载稳定性的要求，选择合适的控制策略和滤波电路，提高电源的稳定性和负载能力。

3.保护设计：考虑过温、过流、短路等保护功能的设计，保护电源和负载器件的安全。

4.电磁兼容设计：反激式开关电源中产生的高频噪声易对其他电子设备产生干扰，需要采取适当的电磁屏蔽和滤波措施。

5.安全性设计：合理设置安全保护电路和安全措施，确保电源在故障情况下能够及时切断电源，保护用户的安全。

通过以上步骤和注意事项，可以设计出一台高效、稳定、安全的反激式开关电源，满足不同应用领域的需求。

反激式开关电源设计的思考对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。

另一部分是励磁电流分量，主要产生主磁通，在空载运行和负载运行时，该励磁分量均不变化。

励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样，若抽水泵中无水，它就无法产生真空效应，大气压就无法将水压上来，水泵就无法正常工作；只有给水泵中加适量的水，让水泵排空，才可正常抽水。

在整个抽水过程中，水泵中保持的水量又是不变的。

这就是，励磁电流在变压器中必须存在，并且在整个工作过程中保持恒定。

正激式变压器和上述基本一样，初级绕组的电流也由励磁电流和负载电流两部分组成；在初级绕组有电流的同时，次级绕组也有电流，初级负载电流分量去平衡次级电流，激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。

而初次级负载安匝数相互抵消，它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动，而励磁电流占初级总电流很小一部分，一般不大于总电流10％，因此不会造成磁芯饱和。

反激式变换器和以上所述大不相同，反激式变换器工作过程分两步：第一：开关管导通，母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来；第二：开关管关断，存储的磁能通过次级绕组给电容充电，同时给负载供电。

可见，反激式变换器开关管导通时，次级绕组均没构成回路，整个变压器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样，此时仅有初级电流，转换器没有次级安匝数去抵消它。

初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动，实现电能向磁能的转换；这种情况极易使磁芯饱和。

磁芯饱和时，很短的时间内极易使开关管损坏。

因为当磁芯饱和时，磁感应强度基本不变，dB/dt近似为零，根据电磁感应定律，将不会产生自感电动势去抵消母线电压，初级绕组线圈的电阻很小，这样母线电压将几乎全部加在开关管上，开关管会瞬时损坏。

由上边分析可知，反激式开关电源的设计，在保证输出功率的前提下，首要解决的是磁芯饱和问题。

反激式开关电源设计的思考四－反激式开关电源设计应遵循的规则由于反激式开关电源的特殊性，在设计时要特别考虑的问题就多一些，归纳起来有如下几点：一、任何时刻开关管上所承受的电压都要低于它所能够承受的最大电压，并且要有足够的安全裕量；以此为出发点，就确定了变压器的变化；Ucemax = Uinmax + N·Uo + Upk + Uy式中：Ucemax－开关管所能承受的最大电压N－变比初级匝数Np / 次级匝数NsUin－直流输入电压最大值Uo－输出电压Upk－漏感所产生的电压Uy－电压裕量此式很重要一点，就是确定了变比N，变比一确定一系列问题就确定下来；比如：反射电压：VoR ＝N·Vo;占空比： D = VoR /( Vin +VoR);导通时间：Ton = D·T变比一定要选择合适，以使电路达到优化；若使用双极型晶体管对其基电极的控制很重要，因为它影响着Vcemax 的大小：Vces>Vcer>Vceo;在ce间承受最高电压时最好保证be结短接或者反偏,此时晶体管就可承受较高的反偏电压.二、任何时刻都应保证磁芯不饱和；由于反激式开关变压器的特殊性，磁芯饱和问题在反激式变换器的设计中尤为重要。

一旦磁芯饱和，开关管瞬间就会损坏。

为防止磁芯饱和反激式开关变压器磁芯一般都留气隙，显著扩大磁场强度的范围，但仅靠气隙并不能完全解决磁芯饱和的问题，由磁感应定律很容易得出：由（1）式知：磁感应强度与输入电压和导通时间有关。

在输入电压一定时，由反馈电路保证Ton的合适值。

在工作过程中，根据磁饱和的形式分两种情况：一种是：一次性饱和：当反馈环路突然失控时，在一个周期内导通一直持续，直到过大的Ip使磁芯饱和而使开关管立即损坏；另一种是：逐次积累式饱和：磁芯每个周期都有置位与复位动作，反激式开关电源磁芯置位是由初级绕组来实现，磁芯复位是由次级绕组和输出电路来实现。

当电路等设计不当时，每次磁芯不能完全复位，一次次的积累，在若干周期内磁芯饱和。

反激式开关电源电路设计首先，反激式开关电源的基本原理是利用开关管来开闭电源电流，从而实现电流的快速切换。

这样可以有效地提高电源的转换效率。

设计反激式开关电源的步骤如下：1.确定输出电压和电流要求：首先需要确定电源的输出电压和电流要求，这对于选取合适的电源电路和元器件非常重要。

2.确定输入电压范围：根据使用环境和应用需求，确定电源的输入电压范围。

通常情况下，反激式开关电源的输入电压范围为100V至240V。

3.选择开关管和变压器：选择合适的开关管和变压器是设计过程中的关键步骤。

开关管需要具有高效率和可靠性，变压器需要满足电源的输入输出要求。

4.设计开关电路：设计开关电路是反激式开关电源设计的核心部分。

开关电路的设计需要根据输入输出电压和电流的要求，选择合适的电感和电容元件，以及适当的反馈电路。

5.设计保护电路：设计反激式开关电源的过程中，需要考虑各种保护电路，以确保电源的安全和稳定性。

常见的保护电路包括过温保护、过压保护、过流保护等。

6.PCB布局和元件选型：进行PCB布局和元件选型是设计的最后一步。

在PCB布局中，需要考虑电源电路的稳定性和EMC（电磁兼容）的问题。

在元件选型过程中，需要考虑电压和电流的要求，以及元件的可靠性和成本。

设计完成后，需要对反激式开关电源进行测试和验证。

测试过程可以包括输入输出电压波形、效率和稳定性等方面的测试。

总之，反激式开关电源的设计需要考虑多个因素，包括输出电压和电流要求、输入电压范围、开关管和变压器的选择、开关电路和保护电路的设计、PCB布局和元件选型等。

只有综合考虑这些因素，并进行有效的测试和验证，才能设计出稳定、高效的反激式开关电源。

反激式开关电源的优点和缺点1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。

反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。

即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。

反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。

由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。

特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。

2 反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。

由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。

有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。

3 反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。

反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。

另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。

因此，反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，容易把开关管击穿。

反激式开关电源的设计思路开关电源的思路：要实现输出的稳定的电压，先获取输出端的电压，然后反馈给输出端调控输出功率(电压低则增大输出功率，反之则减小)，终达到一个动态平衡，稳定电压是一个不断反馈的结果。

一、整体概括
下图是一个反激式开关电源的原理图。

输入电压范围在AC100V~144V，输出DC12V的电压。

二、瞬变滤波电路解析
市电接入开关电源之后，首先进入瞬变滤波电路(Transient Filtering)，也就是我们常说的EMI电路。

下图描述的是本次举例说明的瞬变滤波电路的电路图。

各个器件说明：
F1-->保险管：当电流过大时，断开保险管，保护电路。

CNR1-->压敏电阻：抑制市电瞬变中的尖峰。

R31、R32-->普通贴片电阻：给这部分滤波放电，使用多个电阻的原因是分散各个电阻承受的功率。

C1-->X电容：对差模干扰起滤波作用。

T2-->共模电感：衰减共模电流。

R2-->热敏电阻：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。

三、整流部分
各个器件说明：
BD1->整流桥
L1、EC1、EC2->π型LC滤波电路，主要起的就是滤波，使输出的电流更平滑。

四、开关电源主体部分
开关电源的主题部分如下图：五、输出端滤波电路
下图是输出端滤波电路：。