500W单管正激式开关电源设计-凡亿课堂

最近出了比较多的反激式开关电源设计方案，有私信询问能出一期正激式开关电源的方案吗，那么我们就以500W单管正激式开关电源为例进行简单的剖析。

首先就是确定设计目标，之前用的都是宽电压输入，这次我们用国内标准的220V作为基准电压，那么我们的市电输入在20%上下，也就是输入市电电压范围限定在176~264Vac之间；输出电压我们就用常见的48Vdc，输出功率500W；开关频率选择使用100KHz，这是因为相对于半桥式或者全桥式，正激式开关电源在100KHz频率下，变压器的设计相对简单一些，并且不需要复杂的驱动。

由于我们的输入电压为176~264Vac，那么我们就可以得到整流滤波后的直流电压Vin_min=176*1.4141=249V；考虑到电网波动和整流降压，所以我们取Vin_min=240Vdc；同样我们可以计算出Vin_max=373Vdc；根据滤波电容容值估算Cmin=2*Po*th/(Vin_min²-Vmin_min(allow)²）；其中th为保持时间，一般取值在10-20ms之间，我们取15ms；Vin_min(allow)为最低母线电压，我们取200V；所以我们得到Cin=852uF；考虑电解电容的容量会随温度和使用时间衰减，所以一般工程上必须留有1.5—2倍的余量，所以我们可以用3个470uF/450V进行并联。

对于变压器，500W正激式比较常见的磁芯有PQ3535和EE42；这里选用PQ3535；那么Ae=196mm²；△B=0.24T；初级匝数Np=Vin_min*Dmax/（f*△B*Ae）;因为正激式变压器需要保证磁芯可靠复位，考虑到复位绕组占空比限制，所以我们取Dmax=0.45；计算得出Np=22.96匝，取整Np=23匝，我们可以选用直径1.2mm铜线单线绕制。

次级匝数Ns=（Vo Vd）*Np/（Vin_min*Dmax）=10.3匝，取整Ns=10匝，我们可以采用直径1.0mm铜线并绕；对于复位绕组Nr，可以和原边绕组匝数相同，同时采用直径0.8mm铜线单股绕制；对于绕制顺序，磁芯从里到外顺序为：原边绕制--三层绝缘层--静电屏蔽层---副边绕制---绝缘层---复位绕组---绝缘层。

接下来是MOS管的选择，我们单管正激式开关电源开关管关断时MOS管的承受电压为Vds_max=Vin_max Vreset Vleak；其中Vreset为复位绕组反射电压，Vreset≈375V；Vleak为漏感尖峰电压，由于测准的难度相当大，所以在工程上一般用（0.1~0.2）Vin_max来表示，按照我们Vin_max=375V来计算，得到Vleak=37.5V到75V之间，我们取最大Vleak=75V，所以Vds_max=2*375 75=825V；为了安全起见，我们增加10%的电压裕量，所以我们可以选择1000V等级的MOS管；电流峰值Ipk=（Io/N） △Im/2=5.2A，综合考虑我们可以选择1000V/10A的MOS管。

关于芯片，之前反激式开关电源有好多留言问采用什么芯片；其实我们可以采用的芯片有很多，现在市面上多数芯片都自带控制芯片且内置多种保护机制，可以很好的胜任各种拓扑结构；但是我个人比较偏爱单独PWM控制芯片加外围保护线路的组合电路。

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