开关电源培训
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Vin
n:1
Lm
D
Vo
Io
Vgs D
T 1D
Vin+nV o Vin
Co
Vd s Im ID ID-p
G
D S
根据变压器的伏秒平衡：
Vo Vin * D n * (1 D)
Vo ' Vo
根据能量守恒：
1 Vo 2 2 Lm Ip T 2 R
VinDT Ip Lm
Io
VL
RT Vo VinD 2 Lm
参数计算-3
由查表可得EF20的AP=1013mm^4可以满足要求。 EF20 的Ae=33.5mm^2 Vor*(1-D)=Vdcmin*D n=Vor/(Vo+Vd)=103/13=7.9 Np=Lp*Ip/(Bm*Ae)=1.5*0.6*1000/（0.3*33.5)=89.5 取90匝 Ns=90/7.9=11.4 取11匝 Nb=(Vb+Vd)*Ns/(Vo+Vd)=(12+0.5)*11/(12+0.5)=11匝 变压器线径计算 Irms=J*S=J*pi*(D/2)^2 D=2*√（Irms/(J*pi)) Dp=2* √（0.23/(5*3.14))=0.24,取0.25mm的线 Ds=2* √(（0.23*7.9）/(5*3.14))=0.7mm， 考虑趋肤效应，取两股0.5mm线并饶
Vo=Vin /(1-D)
Vo>Vin,
Boost 升压型电路
Vin
D
L
Vo Io
S1 Vin
D
S2
Vo<Vin, 当D<0.5 Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5 buck－boost 升降压型电路
3
三种基本的隔离开关电源
L Vin
Lm
D
Vo
Vin
D1
D2
Vo
S
S
反激型变换器
参数设计-4
MOS管参数 Vds=Vor+Vdcmax+Vlm Vds=vor+Vdcmax+Vlm=103+370+Vlm =473+Vlm<600 Vlm为漏感尖峰电压 Imos=K*Ip 100C K为散热系数，根据实际情况选择， 经验选择2-3比较合适
输出电压设定
TL431的基准电压时2.5V，Vo=Vref*（R102+R103)/R103
Ip
1 2 2 CdsVr 2 1 2 LkIp
I D p n
VL
Vr Lk * Ip Cds
9
Vin -nVo
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（2）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
Io
R Vc
Co
Vc
G
Ploss=(Vc-Vin)2/R
Vc
Lk D
R
G
S
Ploss=(Vc)2/R
三：实例分析
开关电源设计实例 规格要求：
输入规格
90V-264V
输出电压
12V
输出电流
1
OCP
1.2
效率
70%
已知的条件 Vacmin=90V Vdcmin=90*1.4=126V Vacmax=264V Vdcmax=264*1.4=369.6 Iomax=1.2A, 设定D=0.45 磁感应强度Bm=0.3T Pomax=12*1=12A，Pi=Po/u=12/0.7=17W
Vin
-nVo -nVo’
8
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（1）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
Io
Vgs D
V r
T 1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin
G
Ip ID-p
Io
Vr=？
I D Vo (1 D)T / Lm
I D p I I o D 1 D 2
Vo2 Ns 2
3.
Lk G
缺点：
1. 输出纹波电流大。
反馈控制
2.
3. 4.
输出控制特性非线性。
通常需要辅助的吸收回路。 转换效率较低。
13
三：变压器计算
基本步骤 1：确定Dmax和Vor 2：求匝比 3：求初级电感量Lp 4：选择磁芯 5：求最小初级匝数 6：初级，次级和反馈绕组匝数关系 7：选择线径，确定初次级绕组的匝数和股数
3-1 3-2 3-3 3-4 3-5
磁芯选择 Ap=Aw*AE=(Pt*10000)/(2*Bm*f*J*Ku) Pt=Po/η+Po J 电流密度，A/cm2,(300-500) Ku 绕组系数 0.2~0.5 最小匝数 Np=Lp*Ip/(Bm*Ae)=Vinmin*Dmax*10^6/(Fs*Bm*Ae) Lp单位取uH，Ip取A，Bm取T，Ae取mm2， N=Np/Ns, Nb/Ns=(Vb+Vd1)/(Vo+Vd2) 线径选取： 电流密度J建议取4-6A/mm2， Irms/(π*r*r)=J
正激型变换器
L D1 Vo
Vin
S2
S1
D2
4
桥式变换器
1-2：开关电源原理框图
EMI单 元
整流 滤波 功率 变换 输出 滤波
输出
开关 器件 防雷 单元 PWM 控制
隔离 器件
采样 反馈
1-3：反激开关电源拓扑
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）
Vin
n:1
Lm
D
Vo
Vo 2
减小交叉调整率的措施：
1. 2. 3. 4.
12
尽量减少两个绕组之间的漏感。 在辅助输出一路中加入尖峰抑 制器（饱和电感） 主路输出工作于电流连续模式。 采用双路加权反馈的控制方式
1-4:反激变换器（Flyback）特征总结
Vin Lm
Np Ns1
Vo1
优点：
1. 2. 电路简单。 输入电压范围广。 容易实现多路输出。
开关电源工作原理讨论
销售一部
主要内容简介
一：单端反激开关电源工作原理
1：开关电源拓扑简介 2：反激原理框图 3：反激拓扑结构 4：反激工作原理
二：变压器设计 三：实例分析
三种基本的非隔离开关电源
D
L
Vo
Vo=Vin *D
Io
Vin
S
Vo<Vin,
Bulk 降压型电路
L
D S
Vo Io
参数计算-2
变压器原边参数计算
V=L*di/dt→Vdcmin=Lp*Ip/(Ton) 3-1 Pin=Po/ 85%=Vdcmin*Iidc=Vdcmin*D*Ip/2 3-2 由3-1和3-2得到 Lp=(Vdcmin*D)^2/(2*Pi*Fs) 本例 Lp=(90*1.4*0.45)^2/(2*12*60*10^3/0.7)=1.5mH Ip=Pi*2/(Vdcmin*D)=0.6A Irms=Ip*√（D/3）=0.23A 变压器磁芯可根据经验选择， Ap=（ Pt*10000)/(2*Bm*f*J*Ku)=(29*10000） /(2*0.25*60*1000*400*0.3)=0.0806cm^4=806mm^4
VO I O DT / C
11
ICo
-Io
Vo
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（4）
多路输出的反激变换器：
Vin Lm Lk G
反馈控制
Np Ns1
Vo1
Vo1
Ns1*Vin * D Np * (1 D) Ns 2 *Vin * D Np * (1 D)
Vo2 Ns 2
10
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（3）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
T
Io
Vgs
D
V r
1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin
Ip
ID-p
Io
G
ICo I D p I o /(1 D)
ΔVo=？
根据Co在DT时间的基本方程：
CVO I O DT
Io
Vgs D
T 1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin * D n * (1 D)
Vin
G
D S
Ip ID-p
Io
根据变压器的伏秒平衡：
Vin * DT nVo * (1 D)T
Vds Vin nVo
Vo
Vds
Vin (1 D)
VL
Vin -nVo
7
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）
实际例子
参数计算--1
输入ห้องสมุดไป่ตู้解电容
Ve=VdcMax*1.1=369*1.1=405.6V,故取400V耐压电解电 容 Ce常规以经验公式取值,180V-264V输入时， 1uF/W 90V-264V输入时，2uF/W 此处P=12*1/=12W，全电压下12*2=24，故取20uF 输出电解电容 根据纹波和耐压可以计算得到，公式比较复杂，此处不 做介绍，以我之前的经验，1000uF/A比较合适。 输出电解电容总共1330uF。
反激电源简化电路
3-2：变压器设计
参数设定：初级匝数-Np，次级匝数Ns，输入母线直流电压为Vin，匝 比为n，VDf为续流二极管反向耐压，Vo为输出电压，Vor为反射电压， D为MOS开通占空比，Ton为MOS导通时间，Vleg为变压器漏感产生的 尖峰电压
N=Np/Ns Vds=Vinmax+Vleg+Vor Vin*Ton=Vor*Toff Dmax=Vor/(Vmin+Vor） n=Vor/(VO+Vd)
n:1
Lm
D
Vo
Io
Vgs D
T 1D
Vin+nV o Vin
Co
Vd s Im ID ID-p
G
D S
根据变压器的伏秒平衡：
Vo Vin * D n * (1 D)
Vo ' Vo
根据能量守恒：
1 Vo 2 2 Lm Ip T 2 R
VinDT Ip Lm
Io
VL
RT Vo VinD 2 Lm
参数计算-3
由查表可得EF20的AP=1013mm^4可以满足要求。 EF20 的Ae=33.5mm^2 Vor*(1-D)=Vdcmin*D n=Vor/(Vo+Vd)=103/13=7.9 Np=Lp*Ip/(Bm*Ae)=1.5*0.6*1000/（0.3*33.5)=89.5 取90匝 Ns=90/7.9=11.4 取11匝 Nb=(Vb+Vd)*Ns/(Vo+Vd)=(12+0.5)*11/(12+0.5)=11匝 变压器线径计算 Irms=J*S=J*pi*(D/2)^2 D=2*√（Irms/(J*pi)) Dp=2* √（0.23/(5*3.14))=0.24,取0.25mm的线 Ds=2* √(（0.23*7.9）/(5*3.14))=0.7mm， 考虑趋肤效应，取两股0.5mm线并饶
Vo=Vin /(1-D)
Vo>Vin,
Boost 升压型电路
Vin
D
L
Vo Io
S1 Vin
D
S2
Vo<Vin, 当D<0.5 Vo=Vin *D/(1-D) Vo>Vin 当D>0.5 buck－boost 升降压型电路
3
三种基本的隔离开关电源
L Vin
Lm
D
Vo
Vin
D1
D2
Vo
S
S
反激型变换器
参数设计-4
MOS管参数 Vds=Vor+Vdcmax+Vlm Vds=vor+Vdcmax+Vlm=103+370+Vlm =473+Vlm<600 Vlm为漏感尖峰电压 Imos=K*Ip 100C K为散热系数，根据实际情况选择， 经验选择2-3比较合适
输出电压设定
TL431的基准电压时2.5V，Vo=Vref*（R102+R103)/R103
Ip
1 2 2 CdsVr 2 1 2 LkIp
I D p n
VL
Vr Lk * Ip Cds
9
Vin -nVo
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（2）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
Io
R Vc
Co
Vc
G
Ploss=(Vc-Vin)2/R
Vc
Lk D
R
G
S
Ploss=(Vc)2/R
三：实例分析
开关电源设计实例 规格要求：
输入规格
90V-264V
输出电压
12V
输出电流
1
OCP
1.2
效率
70%
已知的条件 Vacmin=90V Vdcmin=90*1.4=126V Vacmax=264V Vdcmax=264*1.4=369.6 Iomax=1.2A, 设定D=0.45 磁感应强度Bm=0.3T Pomax=12*1=12A，Pi=Po/u=12/0.7=17W
Vin
-nVo -nVo’
8
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（1）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
Io
Vgs D
V r
T 1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin
G
Ip ID-p
Io
Vr=？
I D Vo (1 D)T / Lm
I D p I I o D 1 D 2
Vo2 Ns 2
3.
Lk G
缺点：
1. 输出纹波电流大。
反馈控制
2.
3. 4.
输出控制特性非线性。
通常需要辅助的吸收回路。 转换效率较低。
13
三：变压器计算
基本步骤 1：确定Dmax和Vor 2：求匝比 3：求初级电感量Lp 4：选择磁芯 5：求最小初级匝数 6：初级，次级和反馈绕组匝数关系 7：选择线径，确定初次级绕组的匝数和股数
3-1 3-2 3-3 3-4 3-5
磁芯选择 Ap=Aw*AE=(Pt*10000)/(2*Bm*f*J*Ku) Pt=Po/η+Po J 电流密度，A/cm2,(300-500) Ku 绕组系数 0.2~0.5 最小匝数 Np=Lp*Ip/(Bm*Ae)=Vinmin*Dmax*10^6/(Fs*Bm*Ae) Lp单位取uH，Ip取A，Bm取T，Ae取mm2， N=Np/Ns, Nb/Ns=(Vb+Vd1)/(Vo+Vd2) 线径选取： 电流密度J建议取4-6A/mm2， Irms/(π*r*r)=J
正激型变换器
L D1 Vo
Vin
S2
S1
D2
4
桥式变换器
1-2：开关电源原理框图
EMI单 元
整流 滤波 功率 变换 输出 滤波
输出
开关 器件 防雷 单元 PWM 控制
隔离 器件
采样 反馈
1-3：反激开关电源拓扑
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理 （电流连续模式）
Vin
n:1
Lm
D
Vo
Vo 2
减小交叉调整率的措施：
1. 2. 3. 4.
12
尽量减少两个绕组之间的漏感。 在辅助输出一路中加入尖峰抑 制器（饱和电感） 主路输出工作于电流连续模式。 采用双路加权反馈的控制方式
1-4:反激变换器（Flyback）特征总结
Vin Lm
Np Ns1
Vo1
优点：
1. 2. 电路简单。 输入电压范围广。 容易实现多路输出。
开关电源工作原理讨论
销售一部
主要内容简介
一：单端反激开关电源工作原理
1：开关电源拓扑简介 2：反激原理框图 3：反激拓扑结构 4：反激工作原理
二：变压器设计 三：实例分析
三种基本的非隔离开关电源
D
L
Vo
Vo=Vin *D
Io
Vin
S
Vo<Vin,
Bulk 降压型电路
L
D S
Vo Io
参数计算-2
变压器原边参数计算
V=L*di/dt→Vdcmin=Lp*Ip/(Ton) 3-1 Pin=Po/ 85%=Vdcmin*Iidc=Vdcmin*D*Ip/2 3-2 由3-1和3-2得到 Lp=(Vdcmin*D)^2/(2*Pi*Fs) 本例 Lp=(90*1.4*0.45)^2/(2*12*60*10^3/0.7)=1.5mH Ip=Pi*2/(Vdcmin*D)=0.6A Irms=Ip*√（D/3）=0.23A 变压器磁芯可根据经验选择， Ap=（ Pt*10000)/(2*Bm*f*J*Ku)=(29*10000） /(2*0.25*60*1000*400*0.3)=0.0806cm^4=806mm^4
VO I O DT / C
11
ICo
-Io
Vo
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（4）
多路输出的反激变换器：
Vin Lm Lk G
反馈控制
Np Ns1
Vo1
Vo1
Ns1*Vin * D Np * (1 D) Ns 2 *Vin * D Np * (1 D)
Vo2 Ns 2
10
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（3）
Vin
n:1
Lm
Lk D S D
Vo
T
Io
Vgs
D
V r
1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin
Ip
ID-p
Io
G
ICo I D p I o /(1 D)
ΔVo=？
根据Co在DT时间的基本方程：
CVO I O DT
Io
Vgs D
T 1D
Vin+nV o
Co
Vd s Im ID
Vin * D n * (1 D)
Vin
G
D S
Ip ID-p
Io
根据变压器的伏秒平衡：
Vin * DT nVo * (1 D)T
Vds Vin nVo
Vo
Vds
Vin (1 D)
VL
Vin -nVo
7
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）
实际例子
参数计算--1
输入ห้องสมุดไป่ตู้解电容
Ve=VdcMax*1.1=369*1.1=405.6V,故取400V耐压电解电 容 Ce常规以经验公式取值,180V-264V输入时， 1uF/W 90V-264V输入时，2uF/W 此处P=12*1/=12W，全电压下12*2=24，故取20uF 输出电解电容 根据纹波和耐压可以计算得到，公式比较复杂，此处不 做介绍，以我之前的经验，1000uF/A比较合适。 输出电解电容总共1330uF。
反激电源简化电路
3-2：变压器设计
参数设定：初级匝数-Np，次级匝数Ns，输入母线直流电压为Vin，匝 比为n，VDf为续流二极管反向耐压，Vo为输出电压，Vor为反射电压， D为MOS开通占空比，Ton为MOS导通时间，Vleg为变压器漏感产生的 尖峰电压
N=Np/Ns Vds=Vinmax+Vleg+Vor Vin*Ton=Vor*Toff Dmax=Vor/(Vmin+Vor） n=Vor/(VO+Vd)