原标题：恒流正激开关电源设计12步
摘要
1.电源技术要求
2、设计步骤
3.变压器设计
4.输出滤波器设计
5.复位电路计算
6、功率开关管选择
7.输出二极管的选择
8.恒流输出电路设计
9.缓冲吸收电路设计
控制电路设计
11、PCB板布线
12、电路仿真
1、电源技术要求
单端正激开关电源拓扑图如下，因为它是一种小型、经济的开关电源应用，其功率输出为50~200W是最合适的。设计技术要求如下：
输入电压：交流220V±10%
输出电压UO：15V
输出电流IO：10A
纹波电压UP：0.5V
输出波动电流IP：±0.1A
2.开关电源设计步骤
3.变压器设计
1.输出变压器次级电压U2计算
UL是输出内二次线圈的电压降，Uf输出二极管的正电压。
次级电压最低U2min为：
2.计算初次和次级线圈
输入直流电压U根据输出电路计算1的最小值U1min值。根据我国输配电情况U1=200～253V,变压比N为
根据输出容量磁心尺寸关系表选择EI-30.它的有效面积是S=111mm2磁心材质相当于TDK的H7C4.最大工作磁道密度Bm可查得.实际使用时的磁心温度约为100℃，选择能够保持线性范围的Bm，即0.3T下面。当磁心温度为1000时。℃，工作频率200KHz时，约减少0.1T而成为 。按线圈计算公式
因而次级N2 = 4，式中Bm磁通密度为磁心(T)；S是磁心的有效截面积(mm2)。初级线圈的匝数为
确定 。次级线圈所需的电压U2min一定要充分，所以要进行ton max修正计算。
Dmax修正结果为0.42,仍然在0.4～0.以下计算可在45范围内继续使用。
4.输出滤波器设计
磁心电感器通常用于开关电源中Lf 与输出滤波电容器Cf 构成的“L型滤波器如下图所示。电感线圈对高频成分具有较高的感应阻力，而电容对高频成分具有较小的容应阻力，在电路中抑制纹波和平滑直流。
1.输出扼流圈的电感值设计
计算流入输出的扼流圈电流
L输出扼流圈的电感(μH)； 输出电流的10%~30%。则有
电感L值为：
可见需要11.86μH，10A的扼流圈。
2.确定输出滤波器电容
输出电容器的选择取决于输出脉动电压控制在多少毫伏。输出脉动电压 虽要根据 与输出电容器等效串联电阻 确定，但一般规定为0输出电压.3%～0.5%范围。
就是在200HKz范围内，需要 值在37.5m 以下电容器。所以可以选择20V，8200 H，则 为31m ,允许脉动电流为2.9Ams.
流向电容器的纹波电流是
3.滤波器电阻设计
如果不直接使用输出扼流圈的电流中断，可以假设电阻值为Rd
则假设电阻Rd电耗为Wrd
5.复位电路计算
复位电路如图所示。开关功率管VT变压器接通时T1磁通增加，磁能储存T1，当VT1截止日期，即释放受激磁的磁能复位线圈T1上以在VT1截止时通过VD将磁能反馈给输入。
磁复位串接N3的中二极管VD最大电压为1
那么选择VD1额定电压为800V，这基本符合要求。
6.选择电源开关管
下图为MOSFET型式功率开关管主要具有驱动功率小、设备功率容量大的特点；第二个显著特点是开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR其他优点也是广泛应用于开关变换器的开关设备。
根据单端正激变换器开关VT1承受最大电压公式：
流过MOSFET开关管最大电流为
根据上述功率MOSFET表，可选2SK2718型号。其最高承载电压为900V，允许最大电流为2.5A，而且功率损为40W，以上功率损失最小。
7.输出二极管的选择
肖特基二极管输出二极管(SBD),二极管损耗低(LLD)、高速二极管(FRD)。小特基二极管用于输出低压大电流，其他则用于低损耗或调整二极管。
选择二极管时，应注意反向恢复时间的选择trr快速二极管。这是因为当主开关元件关闭时，反向流入二极管的电流会影响主线圈开关的特性，增加损耗。同时，输出噪声也会受到很大影响。因此，输出整流二极管的一般原理有四个。
1.选择正压降VDF小型整流二极管；
2.选择反向恢复时间trr二极管整流；
3.选择正向恢复电压VFRm二极管整流；
4.选择反向泄漏电流IR二极管小整流。
续流二极管VD2选择
续流二极管VD反向电压电压UVD2与输出变压器二次电压的最大值相同。根据单端正激变换器公式：
流过它方向的电流Ir一般看作与IO大致相同，即 Ir=Io=10A.
可选用低损耗二极管MBR1545 作为续流二极管，其参数为，Uds=45V, IO=15A,trr＜1.0ns.
8.恒流输出电路设计
1、恒流输出原理
为了实现任何电源的恒流功能，需要对电源的输出电流进行检测和取样，并将电流设置值与参考值进行比较，并对负反馈进行放大和调整(P、PI、PID)。线性串联稳压是调节调节管的压降，开关电源是调节变换器的脉宽(或占空比)，以保持输出电流的恒定。
下图为恒流控制反馈系统图。图中Iref是电流设置的基准；CR是电流PI调节；Kfi是电流取样反馈系数；RS、Ro是电流取样电阻和负载电阻。该系统采用电流模式控制，可检测变换器输出电流，适当选择反馈系数Kfi, 通过P(比例)、PI(比例积分)，PID实现恒流控制。恒流值控制也可以在反馈系数不变的情况下改变电压或电流。
下图为恒流电源常用电路，其中采样电阻RS串联在电源电路中，作为电路电流的采样元件。它将电路电流转换为电压信号，并与基准电压Uref将放大器放大，然后送到调整管VT驱动调整管的基极VT对输出电流IO补偿和纠正变化。恒流输出可以实现。
9.缓冲吸收电路设计
在开关电源中，由于变压器的泄漏接线电感的存在，开关管在关闭时会产生高电压峰脉冲。由于存储效应，反向恢复过程中也会出现高反向恢复的碾压尖峰脉冲。这些过电压尖峰脉冲的出现不仅危及功率器件的工作安全，而且形成强电磁干扰噪声。为此，尖峰电压缓冲吸收电路必须设计在功率器件的两端。缓冲电路图如下
当电容器端电压不能突变时，缓冲电路中有电容器元件MOSFET电源开关管关闭是将尖峰电压脉冲能量转移到电容器中，然后通过电阻消耗或返回电源来缓冲和吸收电压的尖端。输出二极管两端产生的反向浪涌电压也受到限制，从而减少反向浪涌电流，减少损和可能的振荡
控制电路设计
下面采用是UPC1094C控制电路
1、振荡器
振荡器的振荡频率fosc定时电阻器连接在引脚6上R17定时电容器连接到引脚5C15决定的。当 时振荡频率 。
2、启动电路
启动电路由接在引脚8上R14连接外部电源提供芯片工作Vcc=15V电源通过引脚9连接R10在外部电路上提供集电极电压。
3、限流电路
过流保护电路由R18、R19 、C16组成。正常情况下，引脚3的电压低于200mV。过流时，引脚3上的电压超过200mV正负阀值，输出级锁定为低电平，在下一个脉冲周期到来之前，过流闭锁器复位下一个周期的过电流行检测，限制脉冲宽度。
4、过电压保护电路
过电压保护电路由光电耦合器PC1、R16组成的。当输出电压超过15V时，光电耦合器PC1动作，经过引脚2接入反馈电压电路，使输出级锁定为低电平。
5、最大占空比的设定和软启动
最大占空比是由电阻器R14、R15分压比来确定的。为了防止变压器的磁饱和，当电源电压刚启动时，与R14并联的电容器C14上电压不能突变，引脚1上电压为UREF,占空比为最大的。
6、输出电压控制电路
输出电压可通过调节R5、R6、R7组成分压电路确定的：
11、PCB布线
在画PCB布线时，应先确定元器件的位置，然后布置地线、电源线、再安排高速信号线，最后考虑低速信号线。
元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组，以免相互干扰。格局元器件的位置可以确定PCB连接器各个引脚的安排。所有连接器应安排在PCB的一侧，尽量避免从两侧引出电缆，减少共模辐射。
1、电源
在考虑安全条件下，电源线应尽可能近地线，减小差模辐射的环面积，也有助于减小电路的交扰。
2、时钟线、信号线和地线位置
信号线与地线距离较近，形成的环面积较小；这样才合理的。
3、按逻辑速度分割
当需要在电路板上布置快速、中速和低速逻辑电路时，高速的器件应按放在紧靠边缘连接器范围内，而低速逻辑和存储器，应放在远离连接器范围内。这样对共阻抗耦合、辐射和交扰的减小都是有利的。
4、应避免PCB导线的不连续性
1)、迹线宽度不要突变；
2)、导线不要突然拐角。
12、电路仿真
国内外电路仿真软件有：saber、EDA、EWB、Multisim、MATLAB、Special Puipose等，而在这次开关电源设计是利用Multisim电路仿真软件来测试电路的。Multisim仿真软件是继承了EWB软件的诸多优点的，并且在功能和操作方法上有很大改进的。它可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析等强大的功能的，以帮助设计人员分析电路的合理性
1、仿真原理图
2、进行各项参数与波形仿真测试
(1)、 市电输入交流电为220V，万用表读数输入电压波形图如下：
(2)功率开关管出发脉冲图测试:
(3)输出稳压波形测试：
(4)变压器经过整流后二次直流电压测试：
(5)输出电流测试：
(6)功率测试：
最后，通过对整体电路的功能和典型性能参数进行了仿真验证，仿真结果均达到预定指标，证实了方案可行性与理论分析的正确性。返回搜狐，查看更多
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