反激式开关电源设计详解(上)
反激式开关电源设计培训教材(第一节)
5、开关管峰值电流Ip
6、初级绕组匝数Np 天通TP4/TP4A的磁芯Bs为5100GS，FSDM0265R有过温保护，因 此Bw可选0.6Bs，则Bw=3060GS，如IC无过温保护，则要留一定
的裕量，否则，在过载状态时，变压器易饱和，在饱和状态,
易发生故障损坏开关管,Bw要选低一点,选(0.3-0.5)Bs; 气隙Lg选0.025cm
• 参数计算 1、最大允许的反激电压
Vf=650V-373V-32.5V –100V=144.5V 选反激电压Vf为75V,则Mosfet的漏极最高电压为: 373V+100V+75V=548V<617.5V,是比较安全的。
2、原、副边的匝比n 次级选用3A/100V肖特基整流，则1.25A输出电流时的
输入过流保护主要是靠保险管、保险丝绕线电阻的过电流过功 率熔断特性。保险管主要用在高输出功率的电源上，绕线电阻用 在低输出功率的电源上。保险管重要的参数有额定电流、熔断时 间、分断能力，额定电流大、熔断时间长、分断能力低，容易炸 裂管壁，这在安全认证时是不允许的，因此，要尽量选择分断能 力高的保险管；保险丝绕线电阻重要的参数主要是过功率熔断时 间，一般加在电阻两端的电压与电流的乘积为电阻标称功率的25 倍时，要在60S内熔断
•PWM控制芯片(Fairchildsemi的FSDM0265R)
第二章、变压器设计
单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感， 它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工 作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器 设计进行总结。 • 1、已知的参数 根据需求和电路的特点确定，包括：输入电压Vin、输
S012B系列变压器设计步骤
• 已知条件 1、输入电压Vin:90Vac-264Vac 2、输出电压Vout:12V 3、输出电流Iout:1.25A 4、Mosfet耐压Vmos:650V 5、开关频率f：67KHz 6、FSDM0265R最大输出功率：
反激式开关电源(flyback)环路设计基础
反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。
它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。
本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。
一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。
其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。
1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。
在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。
通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。
二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。
2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。
反激式开关电源设计详细流程
用SG6849设计反激式开关电源摘要：SG6849芯片是SG(System General)公司生产的开关电源专用集成电路，使用该芯片设计小功率开关电源，可大大减少外围电路，降低成本，电路可靠性高，且可以不带副边反馈。
详细介绍了SG6849芯片的工作原理，并基于此芯片设计了一个5.6W的单端反激式开关电源，给出了实验结果。
关键词：SG6849；反激；副边反馈O 引言开关电源因具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点，在电视、电声、计算机等许多电子设备中得到了广泛的应用。
为了进一步追求开关电源的小型化和低成本，人们不断研制成功一些新的开关电源集成电路芯片。
台湾SG System General)公司开发的SG6 849，集内部振荡器、比较器、反馈补偿电路于一体，只需较少的外围元器件，就可构成一个电路结构简洁、成本低、性能稳定、制作及调试方便的单端反激式开关电源。
在负载调整率要求不高的情况下，甚至可去掉副边反馈，进一步减少体积，节省成本。
1 SG6849芯片功能介绍1.1 内部结构及管脚功能SG6849芯片是台湾SG(System General)公司2004年底推出的SG684X系列PWM集成电路控制芯片。
该芯片具有如下特点：不带副边反馈的恒压和恒流控制；轻载时工作于省电模式；较低的启动电流和较低的工作电流；65kHz和100kHz的固定频率；较少的外围元件；输出过流保护、过温保护和短路保护。
该芯片采用S0T-26或DlP-8封装形式，内部结构如图1所示。
下面就以DIP-8封装为例，说明各管脚的功能。
脚l(GATE) 门极，用来驱动功率NOSFET。
脚2(VDD) 提供芯片的工作电压，当不带副边反馈时，靠VDD来提供反馈信息，调整输出电压。
脚3、5、6(NC) 悬空。
脚4(SENSE) 过流保护。
该引脚也可用于电流模式的PWM控制。
脚7(FB) 为PWM控制器的内部比较器提供反馈信息，控制占空比；当不带副边反馈的时候，该引脚开路。
反激式开关电源设计资料要点
反激式开关电源设计资料前言反激式开关电源的控制芯片种类非常丰富，芯片厂商都有自己的专用芯片，例如UC3842、UC3845、OB2262、OB2269、TOPSWITCH 等等。
虽然控制芯片略有不同，但是反激式开关电源的拓扑结构和电路原理基本上是一样的，本资料以UC3842为控制芯片设计了一款反激式开关电源。
单端反激式开关稳压电源的基本工作原理如下：D1ET ON T OFFL P L STI PQ1C O R L图1 反激式开关电源原理图当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时，直流输入电压V IN加载原边绕组N P两端，此时因副边绕组相位是上负下正，使整流管D1反向偏置而截止；当驱动脉冲为低电平使Q1截止时，原边绕组N P两端电压极性反向，使副边绕组相位变为上正下负，则整流管被正向偏置而导通，此后存储在变压器中的磁能向负载传递释放。
因单端反激式电源只是在原边开关管到同期间存储能量，当它截止时才向负载释放能量，故高频变压器在开关工作过程中，既起变压隔离作用，又是电感储能元件。
因此又称单端反激式变换器是一种“电感储能式变换器”。
学习了反激式开关电源的工作原理之后，我们可以自行设计一款电源进行调试。
开关电源是一门实验科学，理论知识的学习是必不可少的，但是光掌握了理论知识是远远不够的，还要多做实验，测试不同环境不同参数下的电源工作情况，这样才能对电源有更深的认识。
除此之外，掌握大量的实验数据可以对以后设计电源和电源的优化提供很大帮助，可以更快速更合理的设计出一款新电源或者排除一些电源故障。
通过阅读下面的章节，可以使你对电源从原理理解到设计能力有一个快速的提升。
第一章电源参数的计算第一步，确定系统的参数。
我们设计一个电源首先要确定电源工作在一个什么样的环境，比如说输入电压的范围、频率、网侧电压是否纯净，接下来是电源的输出能力包括输出电压、电流和纹波大小等等。
先要确定这些相关因素，才能更好的设计出符合标准的电源。
(完整版)反激式开关电源的设计方法
1 设计步骤:1.1 产品规格书制作1.2 设计线路图、零件选用.1.3 PCB Layout.1.4 变压器、电感等计算.1.5 设计验证.2 设计流程介绍:2.1 产品规格书制作依据客户的要求，制作产品规格书。
做为设计开发、品质检验、生产测试等的依据。
2.2 设计线路图、零件选用。
2.3 PCB Layout.外形尺寸、接口定义，散热方式等。
2.4 变压器、电感等计算.变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，2.4.1 决定变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式Gauss x NpxAeLpxIp B 100(max ) ➢ B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)➢ Lp = 一次侧电感值(uH)➢ Ip = 一次侧峰值电流(A)➢ Np = 一次侧(主线圈)圈数➢ Ae = 铁心截面积(cm 2)➢B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK FerriteCore PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的Power 。
2.4.2 决定一次侧滤波电容:滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。
2.4.3 决定变压器线径及线数:变压器的选择实际中一般根据经验，依据电源的体积、工作频率，散热条件，工作环境温度等选择。
当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
反激开关电源设计解析上
04
Y电容是指跨与L-G/N-G之间的电容器.
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X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。 X电容容值选取是uF级，此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。 安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。 作为安全电容之一的X电容,也要求必须取得安全检测机构的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样,但其真正的直流耐压高达2000V以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。
反激开关电源特点
在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电 压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以自行车充电器为例，详细讲解反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法。
共模磁芯的选择
从前述设计要求中可知，共模电感器要不易饱和，如此就需要选择低B-H（磁芯损耗与饱和磁通密度）温度特性的材料，因需要较高的电感量，磁芯的μi值也就要高，同时还必须有较低的磁芯损耗和较高的BS（饱和磁通密度）值，符合上述要求之磁芯材质，目前以铁氧体材质最为合适，磁芯大小在设计时并没有一定的规定，原则上只要符合所需要的电感量，且在允许的低频损耗范围内，所设计的产品体积最小化。 因此，磁芯材质及大小选取应以成本、允许损耗、安装空间等做参考。共模电感常用磁芯的μi约在2000~10000之间。
反激式开关电源电路设计
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ACDC开关电源设计解析(上)
（上）彭磊•10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式•10W-100W以内常用反激式拓扑（75W以上电源有PF值要求）•100W-300W 正激、双管反激、准谐振•300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等•500W-2000W 双管正激、半桥、全桥•2000W以上全桥•在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。
优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出.缺点：输出纹波比较大。
(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善)•今天以自行车充电器为例，详细讲解反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法。
EMI整流滤波变压器次级整流滤波开关器件PWM 控制IC隔离器件采样反馈输出高压区域低压区域—保险管•作用：安全防护。
在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。
•技术参数：额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。
•分类：快断、慢断、常规•0.6为不带功率因数校正的功率因数估值•Po输出功率•η 效率（设计的评估值）•Vinmin 最小的输入电压•2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。
•0.98 PF值相关知识•大部分用电设备中，其工作电压直接取自交流电网。
所以电网中会有许多家用电器、工业电子设备等等非线性负载，这些用电器在使用过程中会使电网产生谐波电压和电流。
没有采取功率因数校正技术的AC-DC整流电路，输入电流波形呈尖脉冲状。
交流网侧功率因数只有0.5~0.7，电流的总谐波畸变（THD）很大，可超过100%。
采用功率因数校正技术，功率因数值为0.999时，THD约为3%。
为了防止电网的谐波污染，或限制电子设备向电网发射谐波电流，国际上已经制定了许多电磁兼容标准，有IEEE519、IEC1000-3-2等。
•功率因数的校正(PFC)主要有两种方法：无源功率因数校正和有源功率因数校正。
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相关知识
பைடு நூலகம்
关于功率因数
• 大部分用电设备，其工作电压直接取自交流电网。 所以电网中会有许多家用电器、工业电子设备等 非线性负载，这些用电器在使用过程中会使电网 产生谐波电压和电流。没有采取功率因数校正技 术的AC-DC整流电路，输入电流波形呈尖脉冲状。 交流网侧功率因数只有0.5~0.7，电流的总谐波畸 变（THD）很大，可超过100%。采用功率因数校 正技术后，功率因数值为0.999时，THD约为3%。 为了防止电网的谐波污染，或限制电子设备向电 网发射谐波电流，国际上已经制定了许多电磁兼 容标准，如IEEE519、IEC1000-3-2等。
管（瞬间抑制二极管）稍慢一些，一般情况下用于电子电 路的过电压保护，其响应速度可以满足电路要求。
选取压敏电阻的方法
• 压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持 续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一 般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。
a1.2， Vrm s 22V0， b0.8， 5c0.9，
相关知识
关于功率因数
• 功率因数的校正(PFC)主要有两种方法：无源功率 因数校正和有源功率因数校正。
– 无源功率因数校正利用线性电感器和电容器组成滤波 器来提高功率因数、降低谐波分量。这种方法简单、 经济，在小功率中可以取得好的效果。但是，在较大 功率的供电电源中，大量的能量必须被这种滤波器储 存和管理，因此需要大电感器和电容器，这样体积和 重量就比较大也不太经济，而且功率因数的提高和谐 波的抑制也不能达到理想的效果。
反激开关电源特点
• 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市 场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎 常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电 压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容 或加LC噪声滤波器可以改善)
• 今天以自行车充电器为例，详细讲解反激开关电 源的设计流程及元器件的选择方法。
隔离开关电源框架结构图
EMI 整流滤波 变压器 次级整流滤波
输出
开关器件
采样反馈
PWM 控制IC 隔离器件
高压区域
低压区域
电源电路原理图
初级侧部分
第一个安规元件—保险管
• 作用： 安全防护。在电源出现异常时，保护核心器件不 受到损坏。
• 技术参数： 额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。
• 分类： 快断、慢断、常规
保险管的参数计算方法
F1 2VinmP0in0.6
F1 2VinmPi0n0.98
• 0.6为不带功率因数校正的功率因数估值 • Po输出功率 • η 效率（设计的评估值） • Vinmin 最小的输入电压 • 2为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理
NTC的选择依据
[B( 1 1 )]
Rt Rne T1 Tn
公式中： 1. Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值； 2. Rn是热敏电阻在常温Tn下的标称阻值； 3. B是材质参数(常用范围2000K~6000K)； 4. exp是以自然数 e 为底的指数（ e =2.71828 ）； 5. T1和Tn为绝对温度K（即开尔文温度），K度 =273.15(绝对温度)+摄氏度；
（下）
开关电源的拓扑结构分类
• 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 • 10W-100W以内常用反激式拓扑（75W以
上电源有PF值要求） • 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 • 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 • 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 • 2000W以上 全桥
• 1. X电容是指跨与L-N之间的电容器, • 2. Y电容是指跨与L-G/N-G之间的电容器.
安规电容之--X电容
• X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种 类型的电容,体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大, 而其内阻相应较小。
• X电容容值选取是μF级，此时必须在X电容的两端并联一 个安全电阻,用于防止电源线拔掉时,由于该电容被充电荷 没泄放而致电源线插头长时间带电。 安全标准规定,当正 在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插 头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电 压的30%。
压敏电阻的作用
• 压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性 特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间时，压敏电阻可 以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级 电路的保护。
• 主要作用：过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰 脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。
• 主要参数有：压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。 • 压敏电阻的响应时间为ns级，比空气放电管快，比TVS
V1mAabV rm cs 2， V1mA48.084V2
• a 为电路电压波动系数，一般取值1.2； • Vrms 为交流输入电压有效值； • b 为压敏电阻误差，一般取值0.85； • C 为元件的老化系数，一般取值0.9； • √2 为交流状态下要考虑峰峰值； • V1mA 为压敏电阻电压实际取值近似值； • 通流容量，即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规
– 有源功率因数校正是使用所谓的有源电流控制功率因数 的校正方法，可以迫使输入电流跟随供电的正弦电压变 化。这种功率因数校正有体积小、重量轻、功率因数可 接近1等优点。
NTC电阻的作用
• NTC（负温度系数）电阻，是以氧化锰等为主要 原料制造的精细半导体电子陶瓷元件。电阻值随 温度升高而降低且呈现非线性变化。利用这一特 性，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，这样可以有效的抑制电路开 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，由于线路中的持续工作电流引起 NTC发热，使得电阻器的电阻值变得很小，对线 路的影响可以完全忽略。
定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超 过± 10％时的最大脉冲电流值。
选取压敏电阻的方法
• 结合前面所述，来看一下本电路中压敏电 阻的型号所对应的相关参数。
EMI电路
• X电容，共模电感（也叫共模扼流圈 ），Y 电容
– 根据IEC 60384-14,安规电容器分为X电容及Y 电容: