基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案
出處：網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布于：2025-06-09 17:06:33
以下是一個(gè)基于多路單端反激式開關(guān)電源的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，涵蓋關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)計(jì)算和注意事項(xiàng)：
1. 設(shè)計(jì)需求分析
輸入電壓范圍：AC 85-265V（通用輸入）或DC 24V（工業(yè)應(yīng)用）
輸出規(guī)格：
主路：+12V/2A（24W）
副路1：+5V/1A（5W）
副路2：+24V/0.5A（12W）
總功率：~41W（需預(yù)留20%余量，按50W設(shè)計(jì)）
隔離要求：輸入輸出隔離（如需要安全隔離）
效率目標(biāo)：≥85%
2. 拓?fù)溥x擇與工作原理
拓?fù)洌簡味朔醇な剑‵lyback）
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、天然多路輸出能力。
工作模式：DCM（斷續(xù)模式，適合中小功率）或CCM（連續(xù)模式，需斜率補(bǔ)償）。
控制IC：如UC3844（電流模式控制）、OB2263（低成本PWM控制器）。
3. 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)
(1) 變壓器設(shè)計(jì)
步驟1：確定占空比（Dmax）
典型值：Dmax ≤ 0.45（避免CCM模式下的右半平面零點(diǎn)問題）。
步驟2：計(jì)算反射電壓（Vor）
Vor = Vout_main + Vf（二極管壓降） / (1 - Dmax)
例如：Vor ≈ (12V + 0.7V) / (1 - 0.45) ≈ 23V
步驟3：計(jì)算初級(jí)電感（Lp）
公式：Lp = (Vin_min × Dmax)^2 / (2 × Pout × fs × η)
假設(shè)：Vin_min=100VDC（整流后），fs=65kHz，η=85%
計(jì)算：Lp ≈ (100 × 0.45)^2 / (2 × 50 × 65k × 0.85) ≈ 220μH
步驟4：匝比計(jì)算（Np:Ns）
主路匝比：Np/Ns_main = Vin_min × Dmax / (Vout_main + Vf) ≈ 100×0.45 / 12.7 ≈ 3.54
副路匝比：按輸出電壓比例調(diào)整（如24V匝比≈1.77）。
步驟5：磁芯選擇
選用EE25或EFD30磁芯（根據(jù)AP法驗(yàn)證），氣隙長度約0.5-1mm。
(2) 功率器件選型
MOSFET：
耐壓 ≥ Vin_max + Vor + 裕量 ≈ 400V + 23V + 50V → 選500V/5A（如STP5NK50Z）。
輸出二極管：
主路：100V/3A肖特基（如SB3100）。
副路：40V/1A（5V輸出），200V/1A（24V輸出）。
(3) 反饋與控制
主路反饋：TL431+光耦（如PC817）閉環(huán)控制。
副路穩(wěn)壓：
加權(quán)反饋：主路+副路電阻分壓。
或采用磁放大器（成本較高，精度更好）。
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：Type II補(bǔ)償（誤差放大器+RC網(wǎng)絡(luò)）。
(4) 多路交叉調(diào)整優(yōu)化
方法：
副路采用LC后級(jí)濾波（如5V輸出加π型濾波）。
變壓器耦合優(yōu)化：副路繞組緊密耦合主路繞組。
負(fù)載調(diào)整率補(bǔ)償電阻。
4. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)
輸入側(cè)：
保險(xiǎn)絲、NTC浪涌抑制、MOV過壓保護(hù)。
輸出側(cè)：
每路輸出加穩(wěn)壓管（如5V加5.6V鉗位）。
芯片保護(hù)：
UC3844的過流檢測（初級(jí)電流采樣電阻）。
過溫保護(hù)（NTC+比較器）。
5. PCB布局要點(diǎn)
高頻環(huán)路化：
初級(jí)開關(guān)環(huán)路（MOSFET-變壓器-輸入電容）面積盡量小。
地平面分割：
功率地（初級(jí)）與信號(hào)地（反饋）單點(diǎn)連接。
隔離間距：
輸入輸出間≥8mm（安規(guī)要求）。
6. 仿真與測試驗(yàn)證
仿真工具：
SIMPLIS或PSpice驗(yàn)證環(huán)路穩(wěn)定性、開關(guān)波形。
實(shí)測項(xiàng)目：
效率測試（滿負(fù)載下≥85%）。
交叉調(diào)整率（主路12V±2%，副路±5%以內(nèi)）。
紋波（≤1% Vout）。
7. 關(guān)鍵注意事項(xiàng)
變壓器漏感：控制在5%以內(nèi)（影響效率及電壓尖峰）。
EMI設(shè)計(jì)：
初級(jí)加RCD吸收（如1nF+100Ω+1N4007）。
輸出二極管并聯(lián)RC緩沖（如100Ω+100pF）。
多路負(fù)載不平衡：
主路需帶負(fù)載（如10%），否則副路可能超壓。
8. 參考電路框圖
AC輸入 → EMI濾波 → 整流橋 → 輸入電容 → UC3844 + MOSFET → 變壓器
↓
多路輸出 → 整流濾波 → 反饋網(wǎng)絡(luò) → 光耦隔離 → PWM控制
1. 設(shè)計(jì)需求分析
輸入電壓范圍：AC 85-265V（通用輸入）或DC 24V（工業(yè)應(yīng)用）
輸出規(guī)格：
主路：+12V/2A（24W）
副路1：+5V/1A（5W）
副路2：+24V/0.5A（12W）
總功率：~41W（需預(yù)留20%余量，按50W設(shè)計(jì)）
隔離要求：輸入輸出隔離（如需要安全隔離）
效率目標(biāo)：≥85%
2. 拓?fù)溥x擇與工作原理
拓?fù)洌簡味朔醇な剑‵lyback）
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、天然多路輸出能力。
工作模式：DCM（斷續(xù)模式，適合中小功率）或CCM（連續(xù)模式，需斜率補(bǔ)償）。
控制IC：如UC3844（電流模式控制）、OB2263（低成本PWM控制器）。
3. 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)
(1) 變壓器設(shè)計(jì)
步驟1：確定占空比（Dmax）
典型值：Dmax ≤ 0.45（避免CCM模式下的右半平面零點(diǎn)問題）。
步驟2：計(jì)算反射電壓（Vor）
Vor = Vout_main + Vf（二極管壓降） / (1 - Dmax)
例如：Vor ≈ (12V + 0.7V) / (1 - 0.45) ≈ 23V
步驟3：計(jì)算初級(jí)電感（Lp）
公式：Lp = (Vin_min × Dmax)^2 / (2 × Pout × fs × η)
假設(shè)：Vin_min=100VDC（整流后），fs=65kHz，η=85%
計(jì)算：Lp ≈ (100 × 0.45)^2 / (2 × 50 × 65k × 0.85) ≈ 220μH
步驟4：匝比計(jì)算（Np:Ns）
主路匝比：Np/Ns_main = Vin_min × Dmax / (Vout_main + Vf) ≈ 100×0.45 / 12.7 ≈ 3.54
副路匝比：按輸出電壓比例調(diào)整（如24V匝比≈1.77）。
步驟5：磁芯選擇
選用EE25或EFD30磁芯（根據(jù)AP法驗(yàn)證），氣隙長度約0.5-1mm。
(2) 功率器件選型
MOSFET：
耐壓 ≥ Vin_max + Vor + 裕量 ≈ 400V + 23V + 50V → 選500V/5A（如STP5NK50Z）。
輸出二極管：
主路：100V/3A肖特基（如SB3100）。
副路：40V/1A（5V輸出），200V/1A（24V輸出）。
(3) 反饋與控制
主路反饋：TL431+光耦（如PC817）閉環(huán)控制。
副路穩(wěn)壓：
加權(quán)反饋：主路+副路電阻分壓。
或采用磁放大器（成本較高，精度更好）。
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：Type II補(bǔ)償（誤差放大器+RC網(wǎng)絡(luò)）。
(4) 多路交叉調(diào)整優(yōu)化
方法：
副路采用LC后級(jí)濾波（如5V輸出加π型濾波）。
變壓器耦合優(yōu)化：副路繞組緊密耦合主路繞組。
負(fù)載調(diào)整率補(bǔ)償電阻。
4. 保護(hù)電路設(shè)計(jì)
輸入側(cè)：
保險(xiǎn)絲、NTC浪涌抑制、MOV過壓保護(hù)。
輸出側(cè)：
每路輸出加穩(wěn)壓管（如5V加5.6V鉗位）。
芯片保護(hù)：
UC3844的過流檢測（初級(jí)電流采樣電阻）。
過溫保護(hù)（NTC+比較器）。
5. PCB布局要點(diǎn)
高頻環(huán)路化：
初級(jí)開關(guān)環(huán)路（MOSFET-變壓器-輸入電容）面積盡量小。
地平面分割：
功率地（初級(jí)）與信號(hào)地（反饋）單點(diǎn)連接。
隔離間距：
輸入輸出間≥8mm（安規(guī)要求）。
6. 仿真與測試驗(yàn)證
仿真工具：
SIMPLIS或PSpice驗(yàn)證環(huán)路穩(wěn)定性、開關(guān)波形。
實(shí)測項(xiàng)目：
效率測試（滿負(fù)載下≥85%）。
交叉調(diào)整率（主路12V±2%，副路±5%以內(nèi)）。
紋波（≤1% Vout）。
7. 關(guān)鍵注意事項(xiàng)
變壓器漏感：控制在5%以內(nèi)（影響效率及電壓尖峰）。
EMI設(shè)計(jì)：
初級(jí)加RCD吸收（如1nF+100Ω+1N4007）。
輸出二極管并聯(lián)RC緩沖（如100Ω+100pF）。
多路負(fù)載不平衡：
主路需帶負(fù)載（如10%），否則副路可能超壓。
8. 參考電路框圖
AC輸入 → EMI濾波 → 整流橋 → 輸入電容 → UC3844 + MOSFET → 變壓器
↓
多路輸出 → 整流濾波 → 反饋網(wǎng)絡(luò) → 光耦隔離 → PWM控制
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源
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