小功率反激式开关电源设计与计算

环境温度，提高热可靠性。
四、 电路排版
1、 6mm，这叫安全距离，安全电压 AC3KV，同时要考虑热端与金属外壳的距离
也要大于 6 毫米，确保安全。(如果金属外壳接地，安全距离减半)
2、 次级整流二极管紧接的滤波电容尽量减少环路长度，以利于降低纹波系
数。采用一点接地原则，特别是高压侧，排版结构可做到：市电-整流-滤波
瞬态抑制二极管与阻塞二极管结构，电路进一步简化，损耗减小，各项保护
功能集成于片内，可靠性提高。工作频率为 100KHz。
3、 近来有一种单片脉宽控制电源芯片，SFQ110/100，很适合做十几瓦以下的
开关电源，电路简洁，可靠性高，价格低廉，朋友们不妨一试。
三、 可靠性
1、 开 关 管 IRF840 BVDS=500V 勉 强 了 一 点 ， 可 靠 性 较 差 ， 选 用 2SK1460,2SK2850, BVDS=900V 完全可以胜任。
i) BM = I P * LP =0.13t N P *SJ *100
j)δ=40πSτ( N P 2 - 1 )=0.3mm 1000LP 1000AL
k) 线包 每伏匝=11T/5.4V=2.037T/V 反馈绕组电压：9.7V 反馈绕组=9.7*2.037=20T 次级线径：S= 1A =0.25mm2
在有些高安全设计中，共模抑制电容两端并有一只 1W 470K～680K 的电阻。 当电源关断后，电容可能存有电量，人们不小心接触电源插头就可能触电，该
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电阻就是在关机后迅速放掉电容剩余电压，提高安全性。
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当接通电源，TOP 芯片工作，反馈绕组（实则是供电绕组）直流电压通过光
耦加在芯片控制端，该电压 5.7V 自动重启动进入启动状态，根据交流输入电压
线经优先选定，为减小集肤效应，避免选用大于直径 0.41 以上的漆包线，载
流量不够可采用多股并绕的方法。处理抗电强度，初级是关键,尽量是双层，
每层饶满，引出头套套管。
六、实验 1、高低压实验：设计工作电压范围 85V(165V)～265V AC，高端升至 275V 低端 降至 60V(165V)工作正常。 2、极限工作环境温度实验：在恒温箱中，开关电源工作电压分三挡轮流工作： 180V/220V/250V，由供电箱每隔 15 分钟自动转换，温度从常温在 8 小时内 升至 110℃,开关电源保护（无输出），塑料机壳变形，当温度降低，恢复工 作。 3、抗电强度实验：在常温自然湿度下 ，4000V AC 8mA 一分钟。 4、短路实验：将 5V 1A（取样绕组）及 23V 0.35A（非取样绕组）直流电压分
八、光纤收发器电源计算
TOP221y：保护动作电流 IцMIT=0.23～0.28A
f=100000Hz
VDS(ON)=10V
U1min=160V
P0=5W
V0=5V
η=0.7
Z=0.5
KRP=0.6
VSDmax≤135V
VOR=100V VF1=0.4V
V1min= *U1min=224V
EE20:AL=1.76µH/N2
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许多，这是因为漏感太大，波形变坏，在开关脉冲上有高的过冲尖峰波形，
经整流将是虚高的直流电压，加负载后电压立即下降。为了减小漏电感的影
响，将初级绕组分为两部分，最里半组最外半组，用以提高耦合度，减小漏
电感，当然这会给绕制和绝缘处理增加难度，但性能是大有提高，特别是多
组输出的变压器更是如此。取样绕组绕满一层或多层，并将其它次级包围，
② 已知有效电感 ALG，线圈匝数（N），求电感量 L L= ALG*N2
③ 已知有效电感 ALG，电感量 L，求线圈匝数 N
N= L ALG
SJ=0.35cm2
j=4A/mm2 (j=4-10A/mm2 )
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Dmax= VOR
VOR + V1min - VDS(ON)
=0.32
b)
IAVG=
2、 电解电容的质量问题较严重，除了容量指标外，更重要的是耐电压和漏电
流≤0.01~0.02CµF*Uv（µA）,特别是脉动直流电压脉动量大的部位，例如紧
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接整流管的滤波电容要小心选用。
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3、 脉冲整流二极管选用超快恢复二极管和肖特基二极管，能有效提高整流效
率和降低二极管的温升。
4、 发热器件例如开关管及大电流整流二极管必须加有效散热器，能提高工作
K
RP
3
2
− K RP
+ 1)
IRI=
I2 SRMS
−
I02
V(BR)S=V0+V1max* N S NP
V(BR)F=VFB+V1max* N S NP
VRI=ISP*r0 VBR≥1.25 2 umax
IBR≥2IRMS
IFMS= η
P0 * umin * cosϕ
( cosϕ
=0.5～0.7)
击穿电压，有短的恢复时间，其性能优于快恢复二极管。某些电路在整流管两
端并联有电容或 RC 串联电路，其作用是对 5-10MHz 电磁干扰有抑制作用,同时
可减低反向尖峰电压，保护二极管免于反向击穿。
二、 电路结构
1、 脉宽调制芯片 UC3842——开关管 IRF840/2SK1460/2SK2850，工频电压整
的高低与负载的轻重，自动调整脉宽，控制开关管导通时间，即占空比，从而
达到取样电压的设计值。
开关管在关断的瞬间，变压器由于漏感与分布电容的存在，在感应电压上
出现上冲，并以衰减振荡的波形出现，这一上冲将大大超过开关管的 BVDS 击穿电 压，必须要加以限制，保证开关管的安全。在变压器的初级接有削波电路，TOP
PO =0.032A η * V1min
c) IP=
I AVG
=0.15A
(1- 0.5KRP ) * Dmax
d) NP=
LP =210T ALG
e)
LP=
IP
2
*
K
106 PO RP (1- 0.5KRP
)
*
f
* Z(1-η) +η η
=6
f) n= VO R =18.5 VO +VF1
g) NS= N P =11T n
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i) 其它
Cin=3µF/W(85～265V AC) IP=IR/KRP
IP=
P0
+
VImin * Dmax *η
IR 2
2µF/W(195～265V AC)
IP=
2P0 VImin * Dmax *η(2 − KRP)
ISP=IP* N P NS
ISRMS=ISP*
(1
−
D max
)(
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别短路实验，电源进入保护状态，去掉短路，电源立即恢复正常工作，未出
现元件温度升高。
七、纹波测量
DVB-S、C 电源板：CJ7.820.488
主板： CJ7.820.153
输出(V)
TDS-210(mvp-p)
5
30
6
40
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
22
70
27
21.6
毫伏表 Hz2181(mV) 4.2 8 24
一点接地，开关源极一点接地，有效降低由环路电流引起的有害寄生振荡，
在有害的极端情况下甚至使脉冲振荡失控，排版失败。
3、 热端与冷端间距≥
五、 开关变压器
1、 选磁芯：≤15W 选 EE20，15～30W 选 EC28×25，30～90W 选 EC35B，所有
磁芯的 µo=2000,因为选用的反激式开关电路，所以磁芯必须磨气隙。从本公
µr=
AL * l 4πSτ
δ= 0.04πN P 2S J - 10l (mm)
作用类似于负反馈，用于消除自激等不稳定现象。容量大小将影响闭环系统的
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反应速率，太小克服不稳定作用小，太大将使稳压输出瞬态跟随特性变差，因
此也是折中选用。输出电压整流二极管的选用，就目前器件水平，12V 以下选用
肖特基二极管，其优点突出，超过 12V 就选用超快恢复二极管，有较高的反向
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一、原理分析 下图为一开关电源原理图
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220V 市电经开关、保险管、热敏电阻、共模抑制电感电容和差模抑制电容， 经桥式整流成脉动直流，经电解电容滤波，得到约 300V 直流电压，通过开关变 压器的初级加至开关管漏极（或集电极），这其中在保险管的后面接有压敏电阻， 可消除来自电网的超高瞬态尖峰脉冲干扰，如果市电电压异常升高，在一个不 太长的毫秒级时间内，压敏电阻阻值迅速降低至欧姆级，大电流熔断保险丝， 从而保护了后面的电路。在 220V 电路中，串有热敏电阻，该电阻在常温下约十 几欧姆，开机瞬间利用这一电阻有效减小冲击电流，保护线路、电源开关接点、 整流二极管。当电流稳定后，热敏电阻温度升高电阻下降即负温度系数，整机 正常工作。
的变化，TOP 芯片控制电压高低变化，脉宽调整，控制开关管导通时间，自动调
整输出电压，控制在一个很小的变化范围内，这是一个闭环控制过程。光电耦
合器选用 PC817B，一是抗电强度满足要求，二是电流传输比适中，电流传输比
大小将影响稳压精度，但不是越高越好，太大的电流传输比将使闭环系统不稳
定，甚至引起寄生振荡。TL431 的控制极与阳极接有一电容或 RC 串联电路，其
流可采用桥堆式二极管，电磁兼容必须使用共模抑制电感电容与差模抑制器
件，漏极尖峰电压吸收电路采用电阻—电容—加快恢复二极管。次级主输出
电压取样、三端精密稳压器比较输出推动光耦发光管发光，光耦接收管控制
芯片调整脉冲占空比。反馈绕组仅给芯片提供工作电源。UC3842 工作频率一
般取 50KHz.
2、 TOP——系列：脉宽调制-开关管一体化三端器件。漏级尖峰电压吸收采用
形成一种紧耦合，提高取样绕组的电压调整率。如果要进一步提高其它绕组
的电压调整率，可采用多组取样，折中处理。
5、 绝缘处理，采用绝缘胶带与挡墙胶带的好处：一是绝缘强度易于达到要求，
二是减小绕线包的难度，经过测试合格的变压器再浸渍绝缘处理。
6、 线包匝数与线经的选取：在允许范围内作一些调整，考虑因素如下：现有
常选用瞬态抑制二极管和阻塞二极管电路，该电路有效防止过冲损坏开关管，
且损耗较之由阻容和二极管组成的吸收电路低一些。某些电路中，在漏极与地
之间接有 RC 串联电路，其功能也是吸收陡峭尖脉冲。在 TOP 芯片的控制端接有
RC 串联电路，RC 时间常数的大小影响自动重启功能的响应时间。热端与冷端跨
接有“安规”电容，将高压侧的高频干扰脉冲入地，该电容的容量大小将影响
4 A / mm2 选Ф0.29,S=0.066mm2
4 股并绕
初 级 线 径 ： 1.13
I AVG =0.1mm j
选 Ф0.23
原理图
Ф0.23T210 Ф
Ф0.23T20
0.29*4T11
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说明：初级绕组分为两组即 1&4。 h) 线包的核算与试绕
边胶带宽 1.5，厚 0.15；宽胶带任选，厚 0.06 层间一层胶带，组间三层胶带，内包一层胶带，外包三层胶带 （附：如下图例子根据经验，所使用电源在初级线圈设计上均使用Ф=0.29 圈数为 50 圈，分为两层， 初级线圈在设计上为了减小漏电感的影响，将初级绕组分为两部分，最里半组最外半组，用以提高 耦合度，减小漏电感，当然这会给绕制和绝缘处理增加难度，但性能是大有提高，特别是针对多组 输出的变压器更是如此。反馈绕组采用 2 股并绕Ф=0.29，共 13 圈以供芯片正常工作。次级线圈根 据要求进行设计，其中考虑因素有：电流的大小和饶线圈数决定所选线的线径以及股数，输出电压 决定着饶线圈数，饶线圈数及线径的大小决定着饶线层数，根据各因素尽量做到适中）
ALG=0.144µH/N2 (δ=0.3)
（补充说明：AL 及 ALG 的测量
1、 在骨架中用Ф0.23 左右漆包线绕线 50 匝（N）
2、 将磁芯的端面擦干净，套进线圈，测量电感量 L(µH)
3、 计算
① 已知线圈匝数（N），实测电感量 L(µH)，求有效电感(AL)ALG (µH/N2) ALG=L/ N2
抗干扰性和漏电流，只好折中选用。TL431 是三端精密稳压器，在控制级内部设
有一稳定的 2.5V 参考电压，在主输出电压端接有分压电阻，分压端接在 TL431
控制级，分压值与 2.5V 参考值进行比较，得到一个误差值且放大后去推动光电
耦合器的发光管使其亮度发生变化，从而使光耦中的光电接收管内阻发生相应
司的实际出发，开关电源的功率﹤100W，磁芯不能分档太多，因此只选用三
挡，利于生产与管理。
2、 确定已知数据：输入电压，负载电流、电压、磁芯有关参数,LAG 通过测试 求出。
3、 将已知数据代入所有计算公式，计算出结果，如果不符合实际，经过多次
叠代计算逼近实用。
4、 有经验表明，绕在线包最外层的次级，在空载时的电压高出满载时的电压