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开关电源设计步骤
步骤
1
确定开关电源的基本参数
1
交流输入电压最小值
u
min
2
交流输入电压最大值
u
max
3
电½频率
F
l
开关频率
f
4
输出电压
V
O
（V）
：已知
5
输出功率
P
O
（W）
：已知
6
电源效率η：一般取
80％
7
损耗分配系数
Z：Z
表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0 表示全部损耗发生在初级，
Z=1
表示发生在次级。一般取
Z=0.5
步骤
2
根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压
V
FB
步骤
3
根据
u，P
O
值确定输入滤波电容
C
IN
、直流输入电压最小值
V
Imin
1
令整流桥的响应时间
tc=3ms
2
根据
u，查处 C
IN
值
3
得到
V
imin
确定
C
IN
,V
Imin
值
u(V)
固定输入:100/115
通用输入:85~265
固定输入:230±35
P
O
(W)
已知
已知
已知
比例系数(μF/W)
2~3
2~3
1
C
IN
(μF)
(2~3)×P
O
(2~3)×P
O
P
O
V
Imin
(V)
≥90
≥90
≥240
步骤
4
根据
u，确定 V
OR
、V
B
1
根据
u
由表查出
V
OR
、V
B
值
2
由
V
B
值来选择
TVS
u(V)
固定输入:100/115
通用输入:85~265
固定输入:230±35
初级感应电压
V
OR
(V)
60
135
135
钳½二极管
反向击穿电压
V
B
(V)
90
200
200
步骤
5
根据
Vimin
和
V
OR
来确定最大占空比
Dmax
Dmax=
V
OR
V
OR
+V
Imin
－V
DS(ON)
×100％
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设定
MOSFET
的导通电压
V
DS(ON)
2
应在
u=umin
时确定
Dmax
值，Dmax 随
u
升高而减小
步骤
6
确定初级纹波电流
I
R
与初级峰值电流
I
P
的比值
K
RP
，K
RP
=I
R
/I
P
1
u(V)
固定输入:100/115
通用输入:85~265
固定输入:230±35
K
RP
最小值(连续模式)
0.4
0.4
0.6
最大值(不连续模式)
1
1
1
步骤
7
确定初级波½的参数
① 输入电流的平均值
I
AVG
I
AVG=
② 初级峰值电流
I
P
I
P
=
P
O
ηV
Imin
I
AVG
(1－0.5K
RP
)×Dmax
③ 初级脉动电流
I
R
④ 初级有效值电流
I
RMS
I
RMS
=
I
P
√
D
max
×
(
K
RP
2
/3－K
RP
+1
)
步骤
8
根据电子数据表和所需
I
P
值 选择
TOPSwitch
芯片
① 考虑电流热效应会½
25℃下定义的极限电流降½ 10％，所选芯片的极限电流最小值
I
LIMIT(min)
应满足：0.9
I
LIMIT(min)
≥I
P
步骤
9
和
10
计算芯片结温
Tj
① 按下式结算：
Tj＝[I
2
RMS
×R
DS(ON)
+1/2×C
XT
×(V
Imax
+V
OR
)
2
f ]×R
θ
＋25℃
式中
C
XT
是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组分布电容
② 如果
Tj＞100℃，应选功率较大的芯片
步骤
11
验算
I
P
IP=0.9I
LIMIT(min)
1
输入新的
K
RP
且从最小值开始迭代，直到
K
RP
=1
2
检查
I
P
值是否符合要求
3
迭代
K
RP
=1
或
I
P
=0.9I
LIMIT(min)
步骤
12
计算高频变压器初级电感量
L
P
，L
P
单½为μH
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L
P
=
10
6
P
O
I
P
×K
RP
(1－K
RP
/2)f
2
×
Z(1－η)+
η
η
步骤
13
选择变压器所½用的磁芯和骨架，查出以下参数：
1
磁芯有效横截面积
Sj（cm
2
）
，即有效磁通面积。
2
磁芯的有效磁路长度
l（cm）
3
磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感
AL(μH/匝 2)
4
骨架½带
b（mm）
步骤
14
为初级层数
d
和次级绕组匝数
Ns
赋值
1
开始时取
d＝2（在整个迭代中½ 1≤d≤2）
2
取
Ns=1(100V/115V
交流输入)，或
Ns=0.6(220V
或½范围交流输入)
3
Ns=0.6×(V
O
+V
F1
)
4
在½用公式计算时可½需要迭代
步骤
15
计算初级绕组匝数
Np
和反馈绕组匝数
N
F
1
设定输出整流管正向压降
V
F1
2
设定反馈电路整流管正向压降
V
F2
3
计算
N
P
V
OR
N
P
=N
S
×
V
O
+V
F1
4
计算
N
F
N
F
=N
S
×
V
FB
+V
F2
V
O
+V
F1
步骤
16~步骤 22
设定最大磁通密度
B
M
、初级绕组电流密度
J、磁芯的气隙½度δ，进行迭
代。
1
设½安全边距
M，在 230V
交流输入或½范围输入时
M=3mm，在 110V/115V
交流输
入时
M=1.5mm。½用三重绝缘线时 M=0
2
最大磁通密度
B
M
=0.2½0.3T
100I
P
L
P
B
M
=
N
P
S
J
若
B
M
＞0.3T，需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数
N
P
，½
B
M
在
0.2~0.3T
范围之
内。如
B
M
＜0.2T，就应选择尺寸较小的磁芯或减小
N
P
值。
3
磁芯气隙½度δ≥0.051mm
δ＝40πS
J
(N
P
2
/1000L
P
－1/1000A
L
)
要求δ≥0.051mm，若小于此值，需增大磁芯尺寸或增加
N
P
值。
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4
初级绕组的电流密度
J=(4~10)A/mm
2
1980
J=
1.27πD
2
PM
×（1000
/25.4）
2
4I
RMS
若
J＞10A/mm
2
，应选较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架，½
J＜10A/mm
2
。
若
J＜4A/mm
2
，宜选较细的导线和较小的磁芯骨架，½
J＞4A/mm
2
；也可适½增加
NP
的匝数。
5
确定初级绕组最小直径（裸线）D
Pm
(mm)
6
确定初级绕组最大外径（带绝缘层）D
PM
(mm)
⑦ 根据初级层数
d、骨架½带 b
和安全边距
M
计算有效骨架½带
be（mm）
be=d(b－2M)
然后计算初级导线外径（带绝缘层）D
PM
：D
PM
＝be/NP
步骤
23
确定次级参数
I
SP
、I
SRMS
、I
RI
、D
SM
、D
Sm
1
次级峰值电流
I
SP
(A)
I
SP
=I
P
×(N
P
/N
S
)
② 次级有效值电流
I
SRMS
(A)
I
SRMS
=I
SP
×
√
（1－D
max
）×（K
2
RP
/3－K
RP
+1）
③ 输出滤波电容上的纹波电流
I
RI
(A)
I
RI
=
√
I
2
SRMS
－I
2
O
5
波
次级导线最小直径（裸线）D
Sm
(mm)
D
Sm
=1.13
√
I
SRMS
/J
6
次级导线最大外径（带绝缘层）D
SM
(mm)
b－2M
D
SM
=
N
S
步骤
24
确定
V
(BR)S
、V
(BR)FB
1
次级整流管最大反向峰值电压
V
(BR)S
V
(BR)S
＝V
O
+V
Imax
×N
S
/N
P
2
反馈级整流管最大反向峰值电压
V
(BR)FB
V
(BR)FB
＝VFB+
V
Imax
×N
F
/N
P
步骤
25
选择钳½二极管和阻塞二极管
步骤
26
选择输出整流管
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步骤
27
利用步骤
23
得到的
I
RI,
选择输出滤波电容
C
OUT
1
滤波电容
C
OUT
在
105℃、100KHZ
时的纹波电流应≥I
RI
2
要选择等效串连电阻
r
0
很½的电解电容
3
为减少大电流输出时的纹波电流
I
RI，
可将几只滤波电容并联½用，以降½电容的
r
0
值和等效电感
L0
4
C
OUT
的容量与最大输出电流
I
OM
有关
步骤
28½29
½输出端的纹波电压超过规定值时，应再增加一级
LC
滤波器
1
滤波电感
L=2.2~4.7μH。½ I
OM
＜1A 时可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠；大电
流时应选用磁环绕制成的扼流圈。
2
为减小
L
上的压降，宜选较大的滤波电感或增大线径。通常
L=3.3μH
3
滤波电容
C
取
120μF /35V，要求 r0
很小
步骤
30
选择反馈电路中的整流管
步骤
31
选择反馈滤波电容
反馈滤波电容应取
0.1μF /50V
陶瓷电容器
步骤
32
选择控制端电容及串连电阻
控制端电容一般取
47μF /10V，采用普通电解电容即可。与之相串连的电阻可选
6.2Ω、1/4W，在不连续模式下可省掉此电阻。
步骤
33
选定反馈电路
步骤
34
选择输入整流桥
① 整流桥的反向击穿电压
V
BR
≥1.25√2
u
max
3
设输入有效值电流为
I
RMS
，整流桥额定有效值电流为
I
BR
,½ I
BR
≥2I
RMS
。计算
I
RMS
公式如下：
P
O
I
RMS
=
ηu
min
cosθ
cosθ为开关电源功率因数，一般为 0.5½0.7，可取 cosθ＝0.5
步骤
35
设计完毕
在所有的相关参数中，
只有
3
个参数需要在设计过程中进行检查并核对是否在允许的范
围之内。它们是最大磁通密度
BM（要求 BM=0.2T~0.3T）
、磁芯的气隙½度δ（要求δ≥
0.051mm）
、初级电流密度
J（规定 J=4½10A/mm
2
）
。这
3
个参数在设计的每一步½要检查，
确保其在允许的范围之内。
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