[畢業(yè)設(shè)計精品]小功率通用開關(guān)電源的設(shè)計與制作

1、題目：小功率通用開關(guān)電源的設(shè)計與制作 2目錄摘  要1第一章 開關(guān)電源的基本概念與發(fā)展21.1 開關(guān)電源的基本概念21.2 開關(guān)電源的發(fā)展2第二章 開關(guān)電源的原理介紹與選擇32.1 開關(guān)電源的基本工作原理32.1.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖32.1.2調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理32.1.3 單片開關(guān)電源的兩種工作模式42.2開關(guān)電源的種類選擇42.3 反饋電路的基本類型與選擇82.4單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路分析10第三章 小功率通用開關(guān)穩(wěn)壓電源的研制113.1性能特點及技術(shù)指標113.2 開關(guān)電源電路中關(guān)鍵元器件的選擇與設(shè)計113.2.1 top246y型6端單片開關(guān)電源123

2、.2.2 線性光耦合器pc817123.2.3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431133.3 開關(guān)電源的電路設(shè)計153.3.1 開關(guān)電源電路的工作原理153.3.2 輸入整流濾波電路的設(shè)計173.3.3 基于top246y的開關(guān)電源設(shè)計183.3.4 高頻變壓器的設(shè)計和繞制方法193.3.5 輸出整流濾波電路的設(shè)計223.3.6 穩(wěn)壓反饋電路設(shè)計223.4 單片開關(guān)電源印制板的設(shè)計233.5小結(jié)23小結(jié)并致謝25參考文獻26摘  要本論文圍繞當前流行的單片開關(guān)電源芯片進行的小功率通用開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作。該開關(guān)電源共選用3片主要的集成電路top246y型6端單片開關(guān)電源、線性光耦合器

3、pc817a及可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431。利用top246y型6端單片開關(guān)電源的pwm技術(shù)控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的，以達到穩(wěn)定輸出的目的。設(shè)計主要完成的內(nèi)容有：（1）根據(jù)設(shè)計需要選擇開關(guān)電源電路；（2）設(shè)計輸入整流濾波電路，并確定相關(guān)器件參數(shù)；（3）基于top246y對開關(guān)電源的控制核心部分進行設(shè)計；（4）設(shè)計高頻變壓器，計算確定變壓器的變比與繞線匝數(shù)；（5）設(shè)計輸出整流濾波電路，并確定相關(guān)器件參數(shù)；（6）設(shè)計電壓反饋電路。本論文對開關(guān)電源的濾波、整流、反饋電路等分別作了細致的研究工作，通過反復實驗和計算取得了高頻變壓器設(shè)計的寶貴經(jīng)驗，掌握了開關(guān)電源設(shè)計的核心技術(shù)，并對此進行了較為

4、詳盡的闡述。 關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源；pwm；占空比；高頻變壓器第一章開關(guān)電源的基本概念與發(fā)展1.1 開關(guān)電源的基本概念電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動力源泉。直流開關(guān)電源是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置，用于交流直流或直流直流電能變換，通常稱其為開關(guān)電源（switched mode power supply-smps）其功率從零點幾瓦到數(shù)十千瓦，廣泛用于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個領(lǐng)域。彩色電視機、vcd播放機等家用電器、醫(yī)用x光機、ct機，各種計算機設(shè)備，工業(yè)用的電解、電鍍、充電、焊接、激光等裝置，以及飛機、衛(wèi)星、導彈、艦船中

5、，都大量采用了開關(guān)電源。開關(guān)電源的核心為電力電子開關(guān)電路，根據(jù)負載對電源提出的輸出穩(wěn)壓或穩(wěn)流特性的要求，利用反饋控制電路，采用占空比控制方法，對開關(guān)電路進行控制。開關(guān)電源的這一技術(shù)特點使其同其他形式的電源，如采用調(diào)整管的線性電源和采用晶閘管的相控電源相比具有體積小、重量輕和效率高兩個明顯的優(yōu)點。1.2 開關(guān)電源的發(fā)展隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外

6、，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。20世紀50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在近半個多世紀的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中。20世紀80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀90年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。并且自開關(guān)穩(wěn)壓電源問世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)

7、的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制（pwm）技術(shù)的發(fā)展，pwm開關(guān)電源問世，它的特點是用20khz的載波進行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達65%70%，而線性電源的效率只有30%40%。因此，用工作頻率為20khz的pwm開關(guān)電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽為20khz革命。隨著超大規(guī)模芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關(guān)電23源以及用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計算機、移動電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁

8、性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進步。1）小型化、薄型化、輕量化、高頻化2） 高可靠性3）低噪聲4）采用計算機輔助設(shè)計和控制是開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢。第二章 開關(guān)電源的原理介紹與選擇2.1 開關(guān)電源的基本工作原理 2.1.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖2.1.1所示。ac dcdc比較器脈寬調(diào)制取樣器振蕩器基準電壓輸入整流濾波功率轉(zhuǎn)換電路高頻變壓器輸出整流濾波控制電路圖2.1.1 開關(guān)電源電路框圖交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓

9、，該電壓通過功率轉(zhuǎn)換電路進人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。反饋控制電路為脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前己集成化，制成了各種開關(guān)電源專用集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。2.1.2調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理開關(guān)穩(wěn)壓電源按控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種。在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源電路中，絕大多數(shù)為脈寬調(diào)制型,即為pwm技術(shù)。pwm技術(shù)，全稱脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation,pwm）技術(shù)，是通過對一系列脈沖的

10、寬度進行調(diào)制來等效地獲得所需波形（含形狀和幅值）的。pwm控制技術(shù)主要是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從事測量、通信到功率控制與變換的諸多領(lǐng)域。pwm開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)以及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓被控制信號穩(wěn)定。 調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制原理如圖2.1.2所示。對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓uo可由公式(2.1)計算： 

11、0;             uo=um* t1/t                          公式(2.1)式中um矩形脈沖最大電壓值；t矩形脈沖周期；t1矩形脈沖寬度。當um與t不變時，直

12、流平均電壓uo將與脈沖寬度t1成正比。這樣，只要設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可達到穩(wěn)定電壓的目的。 圖2.1.2 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源控制原理圖2.1.3 單片開關(guān)電源的兩種工作模式 單片開關(guān)電源有兩種工作模式，一種是連續(xù)模式cum (continuous mode)，另一種是非連續(xù)模式dum (discontinuous mode) 。這兩種模式的開關(guān)電流波形分別如圖2.1.3 (a)，(b)所示。 (a) 連續(xù)模式； (b) 非連續(xù)模式圖2.1.3 兩種模式的開關(guān)電流波由圖可見，在連續(xù)模式下，初級開關(guān)電流是從一定幅度開始增大的，上升到峰值再迅速回零。其開關(guān)電流波

13、形成梯形。這表明，因為在連續(xù)模式下，儲存在高頻變壓器中的能量在每個開關(guān)周期內(nèi)并未全部釋放掉，所以下一開管周期具有一個初始能量。采用連續(xù)模式可減小初級峰值電流ip和有效值電流irms，降低芯片的功耗。但連續(xù)模式要求增大初級電感量lf，這會導致高頻變壓器的體積增大。綜上所述，連續(xù)模式適用于選輸出功率較小的和尺寸較大的高頻變壓器。非連續(xù)模式的開關(guān)電流則是從零開始上升到峰值，再降至零的。這意味著儲存在高頻變壓器中的能量必須在每形個開關(guān)周期內(nèi)完全釋放掉，其開關(guān)電流波形呈三角形。非連續(xù)模式下的ip，irms值較大，但所需要的ip較小。因此，它適合采用輸出功率較大的，配尺寸較小的高頻變壓器。2.2開關(guān)電源的

14、種類選擇開關(guān)型穩(wěn)壓電源的種類很多，分類方法也有多種。從推動功率管的方式來分可分為自激式和它激式，在自激式開關(guān)電源中由開關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路來完成自激振蕩;它激式開關(guān)穩(wěn)壓電源必須附加一個振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)脈沖加在開關(guān)管上，控制開關(guān)管的導通和截至。按開關(guān)管的個數(shù)及連接方式可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等，單端式開關(guān)電源僅用一個開關(guān)管，推挽式和半橋式采用兩個開關(guān)管，全橋式則采用四個開關(guān)管。按開關(guān)管的連接方式，開關(guān)電源分為串聯(lián)型與并聯(lián)型開關(guān)電源，串聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓與輸出負載之間的，屬于降壓式穩(wěn)壓電路;而并聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是并聯(lián)在開關(guān)電源之間的，屬于升壓式電

15、路。 1. 單端反激式開關(guān)電源 單端反激式開關(guān)電源的典型電路如圖2.2.1所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當開關(guān)管vt1導通時，高頻變壓器t初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負，整流二極管vd1處于截止狀態(tài)，副邊上沒有電流通過，能量儲存在高頻變壓器的初級繞組中。當開關(guān)管vt1截止時，變壓器t副邊上的電壓極性顛倒，使初級繞組中存儲的能量通過vd1整流和電容c濾波后向負載輸出。單端反激式開關(guān)電源電路簡單、所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便的實現(xiàn)單路或多路輸出，開關(guān)管驅(qū)動簡單，可通過改變高頻變壓器的原、副邊繞組匝比使占空比保持在最佳范圍內(nèi)，且有較好的

16、電壓調(diào)整率。其輸出功率為20100w。它也有其一定的缺點，如開關(guān)管截止期間所受反向電壓較高，導通期間流過開關(guān)管的峰值電流較大。但這可以通過選用高耐壓、大電流的高速功率器件，在輸入和輸出端加濾波電路等措施加以解決。單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管vt1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20200khz之間。圖2.2.1 單端反激式開關(guān)電源2. 單端正激式開關(guān)電源 單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖2.2.2所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當開關(guān)管vt1導通時, vd2也導通，這時電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感l(wèi)儲存能量：當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)通過續(xù)流

17、二極管vd3繼續(xù)向負載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管vd1，它可以將開關(guān)管vt1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復位條件，即磁通建立和復位時問應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開關(guān)管vt1導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50200w的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復雜，體積也較大，因此這種電路的實際應(yīng)用較少。 圖2.2.2 單端正激式開關(guān)電源3. 自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源 自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖2.2.3所示。當接入電源后在r1給開關(guān)管vt1提供啟動電流，使vt1開始導通，其集電極電流ic在l1中線性增長，在l2中感應(yīng)

18、出使vt1基極為正，發(fā)射極為負的正反饋電壓，使vt1很快飽和。與此同時，感應(yīng)電壓給c1充電，隨著c1充電電壓的增高，vt1基極電位逐漸變低，致使vt1退出飽和區(qū)，ic開始減小，在l2中感應(yīng)出使vt1基極為負、發(fā)射極為正的電壓，使vt1迅速截止，這時二極管vd1導通，高頻變壓器t初級繞組中的儲能釋放給負載。在vt1截止時，l2中沒有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng)r1給c1反向充電，逐漸提高vt1基極電位，使其重新導通，再次翻轉(zhuǎn)達到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復振蕩下去。這里就像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器t的次級繞組向負載輸出所需要的電壓。  自激式開關(guān)電源中的開關(guān)管起著開關(guān)及振蕩的雙重

19、作用，也省去了控制電路。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸入和輸出相互隔離的優(yōu)點。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。 圖2.2.3 自激式開關(guān)電源4. 推挽式開關(guān)電源 推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖2.2.4所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個開關(guān)管vt1和vt2，兩個開關(guān)管在外激勵方波信號的控制下交替的導通與截止，在變壓器t次級繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?這種電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)管容易驅(qū)動，主要缺點是開關(guān)管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100500w范圍內(nèi)。 圖2.2

20、.4 推挽式開關(guān)電源5. 降壓式開關(guān)電源 降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖2.2.5所示。當開關(guān)管vt1導通時，二極管vd1截止，輸入的整流電壓經(jīng)vt1和l向c充電，這一電流使電感l(wèi)中的儲能增加。當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)感應(yīng)出左負右正的電壓，經(jīng)負載rl和續(xù)流二極管vd1釋放電感l(wèi)中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在vt1基極上的脈沖寬度確定。圖2.2.5 降壓式開關(guān)電源6. 升壓式開關(guān)電源 升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖2.2.6所示。當開關(guān)管vt1導通時，電感l(wèi)儲存能量。當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)感應(yīng)出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管vd1向負載供

21、電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。圖2.2.6 升壓式開關(guān)電源7. 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的典型電路如圖2.2.7所示。這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源。無論開關(guān)管vt1之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當開關(guān)管vt1導通時，電感l(wèi)儲存能量，二極管vd1截止，負載rl靠電容c上次的充電電荷供電。當開關(guān)管vt1截止時，電感l(wèi)中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負下正的電壓，經(jīng)二極管vd1向負載供電，同時給電容c充電。降壓式、升壓式、反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源的高壓輸出電路與副邊輸出電路之間沒有絕緣隔離，統(tǒng)稱為斬波型直流變換器。 圖2.2.7 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源一般來說，

22、功率很小的電源（1100w）采用電路簡單、成本低的反激型電路較好；當電源功率在100w以上且工作環(huán)境干擾很大、輸入電壓質(zhì)量惡劣、輸出短路頻繁時，則應(yīng)采用正激型電路；對于功率大于500w、工作條件較好的電源，則采用半橋或全橋電路較為合理；如果對成本要求比較嚴，可以采用半橋電路；如果功率很大，則應(yīng)采用全橋電路；推挽電路通常用于輸入電壓很低、功率較大的場合?；诒驹O(shè)計中開關(guān)型穩(wěn)壓電源是采用全控型電力電子器件作為開關(guān)，利用控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的新型電源，具有體積小、重量輕、噪音小，以及可靠性高等特點。本設(shè)計旨在設(shè)計并制作出一種額定輸出功率為60w的通用的小功率開關(guān)電源，主要采用top246y

23、、pc817a 、tl431等專用芯片以及其他的電路元件相配合，使設(shè)計出的開關(guān)電源具有自動穩(wěn)壓功能。因此，本設(shè)計就選擇了基于top246y的單端反激式開關(guān)電源。2.3 反饋電路的基本類型與選擇 單片開關(guān)電源的反饋電路有4種基本類型：基本反饋電路；改進型基本反饋電路；配tl431的光耦反饋電路；配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。它們的簡化電路如圖2.3所示。(a) 基本反饋電路；(b) 改進型基本反饋電路；(c) 配tl431的光耦反饋電路；(d) 配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路圖2.3 反饋電路的4種基本類型(a) 基本反饋電路，其優(yōu)點是電路簡單、成本低廉、適于制作小型化、經(jīng)濟型開關(guān)電源；其缺點是穩(wěn)壓性能較差，

24、電壓調(diào)整率su=1.5%2%；負載調(diào)整率si=-4%+4%。(b) 改進型基本反饋電路，只需增加一支穩(wěn)壓管vdz和電阻r1，即可使負載調(diào)整率達到-2%+2% 。vdz的穩(wěn)定電壓一般為22v，需相應(yīng)增加反饋繞組的匝數(shù)，以獲得較高的反饋電壓ufb，滿足電路的需要。 (c) 配tl431的光耦反饋電路，其電路較復雜，但穩(wěn)壓性能最佳。這里用tl431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器來代替穩(wěn)壓管，構(gòu)成外部誤差放大器，進而對uo作精細調(diào)整。這種反饋電路適于構(gòu)成精密開關(guān)電源。(d) 配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，由vdz提供參考電壓uz，當uo發(fā)生波動時，在led上可獲得誤差電壓。因此，該電路相當于給增加一個外部誤差放大器

25、，再與內(nèi)部誤差放大器配合使用，即可對uo進行調(diào)整。 由于本設(shè)計旨在針對精密開關(guān)穩(wěn)壓電源進行的設(shè)計與制作，所以選擇配tl431的光耦反饋電路。2.4單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路分析系列單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路如圖2.4所示。由于單端反激式開關(guān)電源電路簡單、所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便的實現(xiàn)多路輸出，開關(guān)管驅(qū)動簡單，因此該電源采用單端反激式電路。圖2.4 單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路由圖可見，高頻變壓器初級繞組np的極性與次級繞組ns、反饋繞組nf的極性相反。在導通時，次級整流管vd2截止，此時電能以磁能量形式存儲在初級繞組中；當截止時，vd2導通，能量傳輸給次級。高頻變壓器在電路中兼

26、有能量存儲、隔離輸出和電壓變換這三大功能。圖中，br為整流橋，cin為輸入端濾波電容，cout是輸出端濾波電容。交流電壓uac經(jīng)過整流濾波后得到直流高壓，經(jīng)初級繞組加至的漏極上。在功率mosfet關(guān)斷瞬間，高頻變壓器漏感會產(chǎn)生尖峰電壓，另外在初級繞組上還會產(chǎn)生感應(yīng)電壓(即反向電動勢)uor，兩者疊加在直流輸入電壓巧上，加至內(nèi)部功率開關(guān)管mosfet的漏極上，因此必須在漏極增加鉗位保護電路。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管vdz1和阻塞二極管vd1組成，vd1宜采用超快恢復二極管。當mosfet導通時，變壓器的初級極性上端為正，下端為負，從而導致vd1截止，因而鉗位電路不起作用。在mosfet截

27、止瞬間，初級極性則變?yōu)樯县撓抡?，此時尖峰電壓就被vdz1吸收掉。該電源的穩(wěn)壓原理簡述如下：反饋繞組電壓經(jīng)過vd3，cf整流濾波后獲得反饋電壓ufa，經(jīng)光耦合器中的光敏三極管給的控制端提供偏壓。ct是控制端c的旁路電容。輸出電壓uo通過電阻分壓器r1、r2分壓并獲得取樣電壓，與tl431中的2.5v基準電壓進行比較后輸出誤差電壓，然后通過光耦去改變top246y的控制端電流 ，的輸出占空比d與ic成反比，故d減小，這就迫使uo降低，達到穩(wěn)壓目的。反之，uo減小，導致uf減小，ic減小，進而d減小，最終使uo減小，同樣起到穩(wěn)壓作用。由此可見，反饋電路正是通過調(diào)節(jié)的占空比，使輸出電壓趨于穩(wěn)定的。第三

28、章 小功率通用開關(guān)穩(wěn)壓電源的研制3.1性能特點及技術(shù)指標小功率通用開關(guān)穩(wěn)壓電源具有輸出紋波電壓低、效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點。采用了較新的電路結(jié)構(gòu)，采取一系列措施來降低輸出紋波，能在輸出過壓、過流、過熱和電路工作異常時進行保護。具有一定創(chuàng)新性和先進性。線性穩(wěn)壓電源的輸出電壓穩(wěn)定度很高，紋波電壓很小，其缺點是電源效率低，需使用笨重的工頻變壓器。而單片開關(guān)電源的效率很高，體積小，能省去工頻變壓器，輸出直流電壓的紋波含量比同功率線性電源大，可與其他相應(yīng)的穩(wěn)壓器構(gòu)成理想的高效、精密穩(wěn)壓電源。-gx適合制作低成本、高效率、小尺寸、全密封式開關(guān)電源模塊或電源適配器（adapter）。本設(shè)計的交流輸入電壓

29、范圍是85v265v，這屬于全世界通用的電壓范圍，該電源能同時實現(xiàn)輸入欠壓保護、過壓保護、從外部設(shè)定極限電流、降低最大占空比等功能。因此，該開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計主要采用top246y型6端彈片開關(guān)電源、線性光耦合器pc817與可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431等集成芯片進行設(shè)計。該開關(guān)電源的基本技術(shù)指標為：（1）交流輸入電壓uaci：220v（85v265v）；（2）電網(wǎng)頻率：50hz；（3）開關(guān)電源f：132khz；（4）輸出直流電壓uo： 9v、12v；（5）輸出額定電流io：3a、2.4a；（6）額定輸出功率po：60w；（7）負載調(diào)整率si：-4%+4%；（8）電源效率h：高于84%（當交流

30、電壓uaci=85v時，滿載效率可達85%；當uaci=230v時，電源效率高達90%）；（9）空載功率損耗：低于0.52w（uaci=230v時）；（10）輸出紋波電壓：不高于120mv（峰峰值）。3.2 開關(guān)電源電路中關(guān)鍵元器件的選擇與設(shè)計隨著pmw技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，開關(guān)電源得到了廣泛的應(yīng)用，以往開關(guān)電源的設(shè)計通常采用控制電路與功率管相分離的拓撲結(jié)構(gòu)，但這種方案存在成本高、系統(tǒng)可靠性低等問題。美國功率集成公司power integration inc開發(fā)的top switch系列新型智能高頻開關(guān)電源集成芯片解決了這些問題，該系列芯片將自啟動電路、功率開關(guān)管、pmw控制電路及保護電路等集

31、成在一起，從而提高了電源的效率，簡化了開關(guān)電源的設(shè)計和新產(chǎn)品的開發(fā)，使開關(guān)電源發(fā)展到一個新的時代。本次設(shè)計就是針對top switch的第三代產(chǎn)品top246y型6端單片開關(guān)電源，并根據(jù)設(shè)計條件選擇線性光耦合器pc817和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431來設(shè)計單端反激式開關(guān)電源。3.2.1 top246y型6端單片開關(guān)電源3.2.1.1 top246y的管腳功能top246y采用to-220-7c封裝形式，其外形如圖3.2.1.1所示。它有六個管腳，依次為控制端c、線路檢測端l、極限電源設(shè)定端x、源極s、開關(guān)頻率選擇端f和漏極d。各管腳的具體功能如下： 圖3.2.1.1 top246y

32、外形及管腳圖控制端c：誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時，利用控制電流ic的大小可調(diào)節(jié)占空比，并可由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時，利用該端可激發(fā)輸入電流，同時該端也是旁路、自動重啟和補償電容的連接點。線路檢測端l：輸入電壓的欠壓與過壓檢測端，同時具有遠程遙控功能。top246y的欠壓電流iuv為50a，過壓電流iav為225a。若l端與輸入端接入的電阻r1為1m，則欠壓保護值為50vdc，過壓保護值為225vdc。極限電流設(shè)定端x：外部電流設(shè)定調(diào)整端。若在x端與源極之間接入不同的電阻，則開關(guān)電流可限定在不同的數(shù)值，隨著接入電阻阻值的增大，開關(guān)允許流過的電流將變小。源極s：連

33、接內(nèi)部mosfet的源極，是初級電路的公共點和電源回流基準點。開關(guān)頻率選擇端f：當f端接到源極時，其開關(guān)頻率為132khz，而當f端接到控制端時，其開關(guān)頻率變?yōu)樵l率的一半，即66khz。漏極d：連接內(nèi)部mosfet的漏極，在啟動時可通過內(nèi)部高壓開關(guān)電流提供內(nèi)部偏置電流。 3.2.1.2 top246y的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 該開關(guān)電源脈寬調(diào)制器路主要由控制電壓源、帶隙基準電壓源、振蕩器、并聯(lián)調(diào)整器誤差放大器（pwm）、門驅(qū)動級和輸出級、過流保護電路、過熱保護電路、關(guān)斷自動重起動電路及高壓電流源等部分組成。3.2.2 線性光耦合器pc817 光電耦合器是以光為媒介來傳播電信號的器件。通常是把發(fā)光器（發(fā)光二

34、極管led）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)如圖3.2.2.1。當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。圖3.2.2.1 pc817內(nèi)部框圖普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。 圖3.2.2.2 pc817集電極電壓vce與發(fā)光二極管正向電流if關(guān)系pc817光電耦合器不但可以起到反饋作用

35、還可以起到隔離作用。圖3.2.2.2 pc817集電極電壓vce與發(fā)光二極管正向電流if關(guān)系。3.2.3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431 本設(shè)計的基準電壓和反饋電路采用常用的三端穩(wěn)壓器tl431來完成，其特性功能如圖3.2.3.1所示。在反饋電路的應(yīng)用中運用采樣電壓通過tl431限壓，再通過光電耦合器pc817把電壓反饋到top249y的控制端c 端。由于tl431具有體積小、基準電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點，所以用tl431可以制作多種穩(wěn)壓器。其性能是輸出電壓連續(xù)可調(diào)達36v，工作電流范圍寬達0.1100ma，動態(tài)電阻典型值為0.22，輸出雜波低。其最大輸入電壓為37v，最大工作電流為15

36、0ma，內(nèi)基準電壓為2.5v，輸出電壓范圍為2.530v。圖3.2.3.1三端穩(wěn)壓器tl431的特性功能tl431是由美國德州儀器（ti）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.536v可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其性能優(yōu)良，價格低廉，可廣泛用于單片精密開關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。此外，tl431還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時電路、精密恒流源等。tl431大多采用dip-8或to-92封裝形式，引腳排列分別如圖3.2.3.2所示。圖中，a為陽極，使用時需接地；k為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；uref是輸出電壓uo的設(shè)定端，外接電阻分壓器；nc為空腳。  圖3.2.3.2 tl431的電氣符號圖

37、和等效電路圖tl431的等效電路如圖3.2.3.3所示，主要包括：誤差放大器a，其同相輸入端接從電阻分壓器上得到的取樣電壓，反相端則接內(nèi)部2.5v基準電壓uref，并且設(shè)計的uref=uref，uref通常狀態(tài)下為2.5v，因此也稱為基準端；內(nèi)部2.5v基準電壓源uref；npn型晶體管vt，它在電路中起到調(diào)節(jié)負載電流的作用；保護二極管vd，可防止因k-a間電源極性接反而損壞芯片。tl431的電路圖形符號和基本接線如圖3.7所示。 圖3.2.3.3 tl431的電路符號r3是ika的限流電阻。其穩(wěn)壓原理為：當uo上升時，取樣電壓uref也隨之升高，使uref>uref，比較器輸出高電平，

38、使vt導通，uo開始下降。 反之，uo下降會導致uref下降，從而uref<uref，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，vt截止uo上升。這樣的循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來看，就迫使uo趨于穩(wěn)定，從而達到了穩(wěn)定的目的，并且uref=uref。 在本設(shè)計中就是利用tl431和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與tl431中的2.5v基準電壓進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使led的工作電流發(fā)生變化，再通過光耦去改變top246y控制c端電流的大小，調(diào)節(jié)top246y的輸出占空比，從而達到穩(wěn)壓的目的。 3.3 開關(guān)電源的電路設(shè)計本設(shè)計的交流輸入電

39、壓范圍是85v265v，這屬于全世界通用的電壓范圍，該電源能同時實現(xiàn)輸入欠壓保護、過壓保護、從外部設(shè)定極限電流、降低最大占空比等功能。因此，該開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計主要采用top246y型6端單片開關(guān)電源、線性光耦合器pc817與可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431等集成芯片進行設(shè)計。該開關(guān)電源的基本技術(shù)指標為：固定交流輸入電壓uaci：220v（85v265v）；電網(wǎng)頻率：50hz；輸出：12v/3a,9v/2.4a,額定輸出功率po：60w；負載調(diào)整率si：4%；電源效率h：高于84%；空載功率損耗：低于0.52w（u=230v時）；輸出紋波電壓：不高于120mv（峰峰值）。3.3.1 開關(guān)電源電路

40、的工作原理電路主要包括輸入整流濾波、top246y脈寬調(diào)制、高頻變壓器、電壓反饋整流濾波、輸出整流濾波等幾部分，其電路原理圖如圖3.3.1所示。 該電源共使用3片集成電路：top246y型6端單片開關(guān)電源（ic1）；線性光耦合器pc817a（ic2）；可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431（ic3）。電阻r13用來從外部設(shè)定功率開關(guān)管的漏極極限電流，使之略高于滿載或輸入欠壓時的漏極峰值電流id(pk)。這就允許在電源起動過程中或輸出負載不穩(wěn)定但未出現(xiàn)飽和的情況下，采用較小尺寸的高頻變壓器。當輸入直流電壓過壓時。r13還能自動降低最大占空比dmax，對最大負載功率加以限制。r13為欠壓或過壓檢測電阻，并

41、能給線路提供電壓前饋，以減少開關(guān)頻率的波動。取r5=2m時，僅當直流輸入ui電壓達到100v時，電源才能起動。gx的欠壓電流iuv=50a，過壓電流iov=225a。有公式 uuv=iuv·r5                                 

42、                                                公式 (3.1) uov=iov&

43、#183;r5                                                 

44、;                               公式  (3.2) 將r5=2m分別代入式（1）和式（2）中得到，uuv=100v（dc），uov=450v（dc）。過壓時最大占空比dmax隨流入x端的電流ix的增大而減小，當ix從90a增加到190a時，最大占空

45、比dmax就從78（對應(yīng)于uuv=100v）線性地降低到47（對應(yīng)于375v）。在掉電后，欠壓檢測能在c1放電時減少輸出干擾，只要出現(xiàn)輸出調(diào)節(jié)失效或者輸入電壓低于40v的情況，都會使-gx關(guān)閉。當開關(guān)電源受到450v以上的沖擊電壓時，r11同樣可使top249關(guān)斷，避免元器件受到損壞。圖3.3.1高效率60w通用開關(guān)電源電路原理由vdz1和d9構(gòu)成的漏極鉗位電路，能吸收在mosfet關(guān)斷時由高頻變壓器初級漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，保護mosfet不受損壞。vdz1采用鉗位電壓為200v的p6ke200a型瞬態(tài)電壓抑制器。將電容c1電阻r1、r2和vdz1并聯(lián)后，能減少鉗位損耗。選擇全頻工作方式時，開

46、關(guān)頻率設(shè)定為132khz。為了減小次級繞組和輸出整流管的損耗，現(xiàn)將兩路次級繞組都分成兩路，每路單獨使用兩只共陰極肖特基對管（d1、d2、d3、d4）并聯(lián)工作，輸出濾波電路由c4、c5、c6、l1、c10、c11、c12、l2、c13、c14構(gòu)成?？蛰d時，top246y能自動降低開關(guān)頻率，使得在交流230v輸入時電源損耗僅為520mw。top246y具有頻率抖動特性，這對降低電磁干擾很有幫助。只要合理地選擇安全電容c20和emi濾波器（l3、c21、c22）的元件值，就能使開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁輻射符合cispr22（fccb）/en55022b國際標準。將c20的一端接ui的正極，能把top246

47、y的共模干擾減至最小。需要指出，c20和c21、c22都稱作安全電容，區(qū)別只是c20接在高壓與地之間，能濾除初、次級耦合電容產(chǎn)生的共模干擾，在iec950國際標準中稱之為“y電容”。c21、c22則接在交流電源進線端，專門濾除電網(wǎng)線之間的差模干擾，被稱作“x電容”。 精密光耦反饋電路由pc817、tl431等組成。輸出電壓uo通過電阻分壓器r7、r8、r12獲得取樣電壓，與tl431中的2.50v基準電壓進行比較后產(chǎn)生誤差電壓，再經(jīng)過光耦去改變top246y的控制端電流ic，使占空比發(fā)生變化，進而調(diào)節(jié)uo保持不變。反饋繞組的輸出電壓經(jīng)d10、c17整流濾波后，給光耦中的接收管提供偏壓。3.3.

48、2 輸入整流濾波電路的設(shè)計在輸入端先通過emi濾波器（由l3、c11、c12構(gòu)成）來防止電磁干擾，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3.2所示。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電源的抗干擾能力及系統(tǒng)和可靠性。圖3.3.2 emi濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參考與本設(shè)計類似相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)資料，本電源就采用alap-ia型的emi濾波器，并合理選擇了emi濾波器（l3、c11、c12）的參數(shù)值：取l3=20mh、c11=0.1f 、c12=0.1f。為更好抑制emi，濾波器可采用如圖3.9所示電路，其中l(wèi)1、l2、c1可除去差模干擾，l3、c2、c3可除去共模干擾。初步濾波之后，加接單相整流橋，交流輸入電壓最大值為 uacimax

49、=265v，經(jīng)整流濾波后得到其直流輸入電壓最大值uacimax，由公式（3.3）得到：udcimax=uacimax* (1.21.4)=345v。而輸入整流橋的最大反向電壓ubr=udcimax=345v，則輸入整流橋的反向擊穿電壓urm應(yīng)滿足：urm=（23）ubr=600v。由于電路的輸入電流iacimax限制在3.15a以下，即iacimax<=3.15a。當交流輸入電壓為固定輸入220v時，輸入濾波電容通常與輸出額定功率po的值相當，并且uacimin=85v，uacimax=265v，由公式（3.3）和（3.4）計算得：udcimin=uacimin*(1.21.4) 公式（

50、3.3）udcimax=uacimax*(1.21.4)                     公式（3.4）計算得到：udcimin=110v，udcimax=345v。此處取c20=680f,耐壓400v的電解電容。3.3.3 基于top246y的開關(guān)電源設(shè)計利用top246y設(shè)計了一種新型單端反激式開關(guān)電源，其輸出分別為9v/2.4a、12v/3a，電路原理如圖3.3.1所示。該

51、電源設(shè)計的要求為：輸入電壓范圍為交流85265v，輸出功率為60w。由此可見，選擇top246y能夠滿足此要求。從該電路原理圖中可以看出，電阻r13用來從外部設(shè)定功率開關(guān)管的漏極極限電流，使之略高于滿載或輸入欠壓時的漏極峰值電流id(pk)。這就允許在電源起動過程中或輸出負載不穩(wěn)定但未出現(xiàn)飽和的情況下，采用較小尺寸的高頻變壓器。將f端與s端短接可將top246y設(shè)為全頻工作方式，開關(guān)頻率為132khz。當輸入直流電壓過壓時，r13還能自動降低最大占空比dmax，對最大負載功率加以限制。而r5為欠壓、過壓檢測電阻，在線路檢測端l與直流輸入電壓udci端連接電阻r5可進行線路檢測，并能給線路提供電

52、壓前饋，以減少開關(guān)頻率的波動。取r5=2m時，僅當直流輸入電壓udci達到100v時，電源才能起動。-gx的欠壓電流iuv=50a，過壓電流iov=225a。因此其欠壓保護工作電壓為100v，過壓保護工作電壓為450v，即top246y在本電路中的直流電壓范圍為100450v，一旦超出了該電壓范圍，top246y將自動關(guān)閉。另外，空載時，top246y能自動降低開關(guān)頻率，使得在交流230v輸入時電源損耗僅為520mw。top246y具有頻率抖動特性，這對降低電磁干擾很有幫助。當然，在過壓時最大占空比dmax隨流入x端的電流ix的增大而減小，當ix從90a增加到190a時，最大占空比dmax就從

53、78%（對應(yīng)于uuv=100v）線性地降低到47%（對應(yīng)于375v）。在掉電后，欠壓檢測能在c1放電時減少輸出干擾，只要出現(xiàn)輸出調(diào)節(jié)失效或者輸入電壓低于40v的情況，都會使-gx關(guān)閉。當開關(guān)電源受到450v以上的沖擊電壓時，r5同樣可使top249關(guān)斷，避免元器件受到損壞。但一般說來，由于交流輸入電壓在85265v范圍內(nèi)，經(jīng)整流濾波后的直流輸入電壓就在110345v范圍內(nèi)波動，不會超出100450v的范圍，所以本設(shè)計的開關(guān)電源相對安全。另外，在top246y的外端加接了由vdz1和d9構(gòu)成的漏極鉗位電路。在功率mosfet關(guān)斷瞬間，高頻變壓器初級漏感會產(chǎn)生尖峰電壓ul，那么就利用由vdz1和d

54、9構(gòu)成的漏極鉗位電路來保護mosfet不受損壞。同時，高頻變壓器初級漏感在初級繞組上還會產(chǎn)生感應(yīng)電壓（即反向電動勢）uor，兩者疊加在直流輸入電壓udcimax上，加至內(nèi)部功率開關(guān)管mosfet的漏極上。這就要求功率mosfet至少能承受700v高壓，ubrds700v。所以，uor+udcimax+ul700v，將uor=73v，udcimax=345v帶入式中得ul200v。因此，u1采用鉗位電壓為200v的p6ke200a型瞬態(tài)電壓抑制器,在mosfet截止瞬間，初級極性則變?yōu)樯县撓抡?，此時尖峰電壓就被u1吸收掉。 3.3.4 高頻變壓器的設(shè)計和繞制方法高頻變壓器是開關(guān)電源中進行能量儲存

55、與傳輸?shù)闹匾考_關(guān)電源中高頻變壓器性能的優(yōu)劣，不僅對電源效率h有較大的影響，而且直接關(guān)系到電源的其它技術(shù)指標和電磁兼容性(emc)。為此，一個高效率的高頻變壓器應(yīng)具備直流損耗和交流損耗低、漏感小、繞組的分布電容及各繞組間的耦合電容小等條件。開關(guān)電源中變壓器的功能是把輸入的高頻高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰母哳l低電壓。所以實際工作情況與線性穩(wěn)壓電源中的電源變壓器差別很大。線性穩(wěn)壓電源中變壓器輸入的是正弦交流電，而開關(guān)變壓器的初級是開關(guān)電源的一部分，工作在直流高頻斬波狀態(tài)下進行。這也是設(shè)計開關(guān)變壓器的基本出發(fā)點。3.3.4.1 該開關(guān)電源高頻變壓器的參數(shù)計算在單端反激式開關(guān)電源中，高頻開關(guān)變壓器既是儲能

56、元件又是傳遞能量的主體，設(shè)計難度較大，是一個十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。設(shè)計的主要參數(shù)包括變壓器變比n，初、次級繞組匝數(shù)np、ns和反饋繞組匝數(shù)nf等。1. 選擇恰當?shù)拇判九c骨架由于該電源的輸出功率較為60w，高頻變壓器的漏感應(yīng)盡量小，一般應(yīng)選用能夠滿足132khz開關(guān)頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用ei或ee型，變壓器的初、次級繞組應(yīng)相間繞制。參考其他同類型相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)資料，本設(shè)計就選用r2kdp錳鋅鐵氧體材料制成的ee22型鐵氧體磁芯，r2kdp屬于高頻低功耗電源鐵氧體材料。 當開關(guān)電源的額定輸出功率po=60w時，設(shè)開關(guān)電源的效率h達到85%90%，則高頻變壓器的額定輸入功率pi=po

57、/h= 60w/（85%90%）= 70w。輸入直流最小電壓udcimin=110v；最大導通時間ton=dmax/f；占空比（也稱導通比）是漏極脈寬調(diào)制信號中的低電平通態(tài)時間ton與開關(guān)周期t的百分比，而開關(guān)周期t=ton+toff，則dmax= ton /t= ton /（ton + toff）為設(shè)定的最大占空比，通常取dmax=0.4；開關(guān)頻率f=132khz；電源預測效率值h=（85%90%）。2. 初級感應(yīng)電壓uor的計算關(guān)斷且次級電路處于導通狀態(tài)時，次級電壓會感應(yīng)到初級。初級感應(yīng)電壓uor是開關(guān)管斷開期間初級感應(yīng)到的電壓值。udcimin=110v，則由公式（3.5）計算：uor=

58、udcimin×ton / toff =udcimin×dmax/(1-dmax) 公式（3.5）計算得到：uor=73v。3. 確定變壓器各繞組匝數(shù) （1）變壓器變比的計算 當top246y中的mosfet關(guān)斷時，儲存在變壓器初級中的能量開始向次級傳遞，次級兩路繞組的電壓us1、us2可表示為：us = udcimin×ton / toff×ns/np 公式（3.6） 變壓器次級電壓與輸出電壓的關(guān)系為： us1=uo+ul+uf=12+0.3+0.4=12.7v；us2=uo+ul+uf=9+0.3+0.4=9.7v；其中變壓器次級繞組壓降ul為0.3

59、v，輸出整流共陰極肖特基對管vd2、vd3壓降uf為0.4v。變壓器的變比n可表示為： n=ns/np= ns /(udcimin×ton/toff)=us1/uor 公式（3.7） 計算得n1=0.093、n2=0.07。 （2）變壓器初級、次級及反饋繞組匝數(shù)的計算 根據(jù)單端反激式變壓器的工作磁通密度及法拉第電磁感應(yīng)定律=-n×db/dt×s，另外參考同類型相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)資料，可得到初級線圈匝數(shù)np、次級線圈匝數(shù)ns，即np =43匝， ns1 = np×us1/ uor = 4匝。ns2 = np×us1/ uor =3匝。（3）反饋繞組匝數(shù)

60、的計算公式為： nb=np×(ub+uf)/ uor 公式（3.8）將nb =12v，uf =0.7v帶入得nb = 4匝。 3.3.4.2高頻變壓器繞制的注意事項 高頻變壓器的結(jié)構(gòu)如圖3.3.4.1所示，np、ns、nf分別代表初級、次級和反饋級的繞組，110為骨架的引出端。  圖3.3.4.1 該單端反激式開關(guān)電源變壓器繞制示意圖（1）初級繞組必須繞在最里層。其優(yōu)點之一是能縮短每匝導線的長度，減小初級繞組的分布電容；優(yōu)點之二是初級繞組能被其他繞組所屏蔽，可降低初級繞組對相鄰元件的電噪聲。 另外初級繞組的起始端應(yīng)接到的漏極端，利用初級繞組的其余部分和其他繞組將它屏蔽，減小從初級耦合到其他地方的電磁干擾。初級繞組最好設(shè)計成兩層或兩層以下以降低初級分布電容和漏感。在初級各層之間加一絕緣層，能將分布電容減小到原來的1/4左右。漏電感會導致mosfet關(guān)斷時產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為減小變壓器的漏感，可采用三明治繞法