一个反激式变换器的设计-5V/2A-电源

开关电源的设计是一个迭代过程，涉及许多变量，必须调整这些变量以获得优化。然而，为了实现简单的低成本、低组件、单面板设计方法，需要权衡选择。本方案提供了一种使用 NCP1055 转换器设计高压开关稳压器的简单方法。主要是输入模块、功率级、磁性元件、缓冲器、输出模块和反馈电路。该电源要求 5.0 V、2.0 A 输出和 48% 最大空比。符合 IEC 和 UL 要求。EMI 性能好，可实现 70% 或效率更高。该功率段适用于大多数应用场合的辅助供电系统。

电路原理图

设计电源的第一步是定义和确定输入和输出参数。

一般输入电压范围：

输出：

输入功率：

0.78 的效率是Si MOS反激转换器的一般效率段。

低压和高压交流时的直流母线电压：

低压时平均电流：

输入峰值电流：

以下公式可用于评估设备损耗：

其中 P% 是总电源损耗所需电路部分损耗的百分比。

通常，35% 功率损失 MOSFET，60% 输出整流器的5% 来自磁性元件的5% 来自其他来源。

选择基础设备

保险丝

保险丝 F1 保护电路免受路免受电流浪涌。在本方案中，F1 额定电流为 2.0 A、125 VAC。

EMI滤波器

EMI 滤波器用于抑制共模和差模噪声，很大程度上取决于电路板的布局和组件的选择。X 电容器 C1 和共模扼流圈 L1 放置在 AC 差模噪声在线路上衰减。EMI 电感器正在减缓任何瞬态电压浪涌，以减少高频噪声。二极管电桥前应放置电容器和节流圈，并尽可能靠近 AC 尽量减少线路输入 RFI。

整流桥

为了选择合适的二极管桥式整流器，必须考虑正浪涌电流和直流阻断电压的值。浪涌电流可达到平均输入有效电流的五倍。因此，有必要选择能够处理如此大电流的整流器。

高压交流输入时，直流母线最高电压：

导通电流值：

浪涌电流值：

输入电容：

输入大容量电容器 C2 目的是保持整流后的线路电压，过滤共模噪声。它位于桥式整流器输出和地面之间。大容量电容器的大小取决于峰值整流输入电压和纹波电压范围。较大的电容会降低直流输入线上的纹波电压，但在电源上电时会产生较大的浪涌电流。假设纹波幅度约为低压线路峰值整流电压 32%可以用以下公式计算 Cbulk：

选择最接近的低 ESR 的 33uF 标准电容器。铝电解是首选，因为它们坚固可靠。

磁性器件计算

下一步是反激变压器的设计。磁性设计是整个设计过程中最重要、最精细的部分，因为它将决定电源的性能。反向变压器首先在初级绕组中激磁电流，以便将能量储存在变压器的励磁电感中。然后，当初级侧关闭时，励磁电感能量传输到二次绕组。该方案使用标准 EFD20 尺寸。

为了使稳压器在更坏的情况下以非连续模式运行，最大导通时间是整个周期 因此，最大的初级电感是基于 48% 计算最大空比。使用比计算值更大的电感会导致电源输出超出调整范围。

反射电压：

匝比：

对上述方程进行重新计算和验证 Nsec 得到 ≈1 匝。

导通期间进入储存再原边励磁电感中的能量（当电源开关导通时）：

可使用以下等式仔细检查变压器的功率能力是否足以为输出提供足够的功率：

输出计算：

二极管整流器输出，pi 由滤波器和电压调节器组成。输出电压低于 7.5 V 肖特基整流器可以提供最高效率的反激转换器，因此是最佳选择。使用的肖特基是1N5822，其中VR = 40 V，IF = 3.0 A，VF = 0.525 V。整流的主要目的是取二次电压并将其转换为直流电压。以下等式用于选择肖特基

整流管：

最大反向峰值电压(高压时计算):

对于不连续模式，最大正峰值电流可采用以下公式进行近似：

二极管 D6 与 C7、C8、C9、L2 和 C11 为了提供严格调整的直流输出，变压器二次整流和输出滤波。电容 C7、C8 和 C9 并联放置以减少 ESR。此外，C7、C8 和 C9 额定电压应足够高，以承受电压峰值和输出电压。L2 和 C11 形成低通滤波器，可降低高频噪声。

输出滤波电容：

输出滤波器扼流圈 4.0 kHz 截止频率)：

反馈环路：

反馈电路由光耦、431、补偿电容和电阻分压器组成。光耦合器将交流输入与直流输出隔离。TL431用于调节输出电压。431电压基准可使用两个外部电阻 Vref 至 36 V 编程范围内。它具有 1.0 mA 至 100 mA 宽电流范围是齐纳二极管的绝佳替代品。TL431 参考电压设置为 2.5 V，输出电压为 5.0 V，通过电阻分压器 R5 和 R6（低容差, 2.0 k 电阻）。TL431 监控 5.0 V 输出电压和分压电压 2.5 V 比较内部基准电压。输出电压的小幅增加将导致并联稳压器通过光耦合器开始导通 LED 吸收电流。另一方面，光耦合器晶体管变成正偏，驱动电流进入 NCP1055 控制输入引脚。然后相应调整电源开关的空比。0.1 uF 补偿电容器 C10 放置在 TL431 提高阴极与参考引脚之间的稳定性。电阻器 R3 将光耦合器的电流限制在安全水平，防止光耦合器损坏。

RCD电路：

由于功率晶体管漏极电压和变压器漏感高 dv/dt 特点：当电源开关关闭时，漏极处会出现电压尖峰和振铃。电阻器 R1、C3、D5 会影响 RCD 缓冲器。与初级绕组并联的是 R2 和 C它们构成一个 RC 振铃阻尼器，可以减慢 dv/dt 并降低峰值电压，从而降低高频噪声引起的振铃。由于 i =C · dv/dt，增加电容也会降低电压纹波的范围。缓冲器和振铃阻尼器共同保护 IC 免受大于 700 V 影响瞬态电压，降低辐射噪声。

最终原理图：

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