反激式开关电源设计全过程

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❒ 本文作者：後會絠萋   以 21V 63W 反激式开关电源的设计过程为例作较为详细的说明，公式的全过程不需要单位换算，只要跟着公式的每一步进行演算，均可顺利完成，非常适合初学者“摸石头过河”。

由于本人水平有限，出错在所难免，欢迎大家批评指正！

 

▪ 输入电压：175-264VAC

▪ 输出电压：21V

▪ 输出电流：3A

▪ 输出功率：Po=63W

▪ 频率设定在 60KHz

▪ 占空比初步定在 0.45

▪ 反馈电压取 14.5V

▪ 反馈电流取 100mA

 

 总体拓扑  

 

 

 变压器计算 

一、挑选磁芯

考虑成本因素选择 PC40 材质，查 PC40 资料得：

Bs=0.39T Br=0.06T

^B=Bs-Br=0.39T-0.06T=0.33T

为了防止磁芯的瞬间出现磁饱和，我取低 ^B  值，即 0.33T*0.6=0.198T(取 0.2T）

 

用 AP 法计算磁芯：

AP=[(Po/^n+Po)*1000]/2*^B*Fs*1000*J*Ku)

=[(63W/0.8+63W)*1000]/(2*0.2*60KHz* 1000*400*0.2)

=0.738(mm4)

 

其中：

^n 

是效率取0.8

Fs 

开关频率 60KHz

J

电流密度取 400(A/cm2)

Ku

铜窗系数取 0.2

根据上图，选择大于计算 AP 值的磁芯 EE3528。

相关参数是：

Ae=84.8mm² AP=1.3398cm⁴

Aw=158mm² AL=2600nH/H²

 

 

二、电源设计

为了适应突变的负载电流，我把电源设计在临界电流模式。

临界电流 IoB=0.8*Io=0.8*3A=2.4A

 

1.最小输入电压 

Vimin=ViACmin*1.2=210V

 

2.匝比

n=[Vimin/(Vo+Vf)]*[Dmax/(1-Dmax)]

n=[210V/(21V+1V)]*[0.45/(1-0.45)]

n=7.8

 

3.副边峰值电流^IsB

^IsB=2*IoB/(1-Dmax)

^IsB=2*2.4A/(1-0.45)

^IoB=8.72A

 

4.次级电感 

Ls=(Vo+Vf)*(1-Dmax)*[1/(Fs*1000)]/^IsB*1000000

Ls=(21V+1V)*(1-0.45)*[1/(60KHz*1000)]/8.72A*1000000

Ls=23.58Uh

 

5.原边电感

Lp=n*n*Ls

Lp=7.8*7.8*23.58uH

Lp=1434uH

 

6.连续模式时的副边峰值电流

^Isp=Io/(1-Dmax)+(^IsB/2)

^Isp=3A/(1-0.45)+(8.72A/2)

^Isp=9.81A

 

7.连续模式时的原边峰值电流

^Ipp=^Isp/n

^Ipp=9.81A/7.8

^Ipp=1.257A

 

三、匝数计算

1.原边匝数

Np=Lp*^Ipp/(^B*Ae)

Np=1434uH*1.257A/(0.2*84.8)

Np=106.28T

取整 Np=106T

2.副边匝数

Ns=Np/n

Ns=106T/7.8

Ns=13.58T

取整 Ns=14T

3.反馈匝数

Nv=(Vcc+Vf)/[(Vo+Vf)/Ns]

Nv=(14.5V+1V)/[(21V+1V)/14T]

Nv=9.87T

取整 Nv=10T

 

四、磁芯的空气间隙

Ig=Np*Np*0.000001256*Ae/(Lp/1000)

Ig=106T*106T*0.000001256*84.8/(1434uH/1000)

Ig=0.83mm

五、线径

1. 原边线径

有效电流 Iprms=Po/^n/Vimin

Iprms=63W/0.8/210V

Iprms=0.375A

dwp=1.13*0.3 J 电流密度取 4(A/mm²)

dwp=0.339mm

用两根直径 0.18mm 的漆包线并绕。

 

2.次级线径

dws=1.13*0.886 J 电流密度取 4(A/mm²)

dws=1.0mm

用 4 根直径 0.25mm 的漆包线并绕.

 

六、电流趋肤深度计算

 

^I=76.5/244.9

^I=0.31mm

核对  dwH=^I*2*0.9

dwH=0.558mm

多股并绕时的线径必须小于或等于 dwH 值，单线绕制时，线径如果超过 dwH 值就要考虑采用多股并绕。

 

 

变压器结构绕制：

 

 

 元器件计算 

1. 保险丝计算

 

Iimax=Po/^n/Vimin

Iimax=63/0.8/175

Iimax=0.45A

FUSE=0.45*Kr

FUSE=1.998A

保险丝选择 F2A250V

式中 Kr 值是 4.44046

 

2.输入虑波电容计算

 

▪ 容量

C=Vo*Io*[2*3.14/f*(Vimin/3.14/3.14-4.44)]

C=21*3*[2*3.14/50*(175/3.14/3.14-4.44)]

C=105.2Uf

▪ 最大施加电压

VH=Vimax*1.414

VH=264*1.414

VH=373.2V

▪ 电容选择 100uF400V

 

3. 工频整流管计算

4. 启动电阻计算

5. 功率开关计算

6. 振荡频率计算

7. 输出整流管计算

8. 整流管 RC 吸收支路计算

9. 输出虑波电容计算

10. 输出电感计算

11. TL431 外围元件计算

12. RCD 尖峰吸收支路计算

13. 电流检测电阻计算

 

具体计算公式请阅读原文哦~