设计一个正激式开关电源

正激式开关电源和反激式电源最明显的区别就是变压器，在反激式开关电源中，我们知道变压器主要起的作用就是储存能量，类似于一个电感；而在正激式开关电源中，变压器起的是传输能量的作用，当然反激式和正激式的重要区别是使用的场合，反激式一般我们使用在20~100W的小功率开关电源线路中；而正激式开关电源我们可以使用于50~250W的低压。大电流开关电源。

设计一个正激式开关电源，就像我们之前说的研发首先提出需求，然后根据具体情况来进行设计，那我们就以一款简单的5.5V/20A的来作为例子说明一下正激式开关电源的设计流程和各个参数的计算。

简易图纸如下图所示：

首先我们要明确电源的一些技术指标：输入电压：Vin=220V；电压变化范围：106~235V；输入频率：f=50Hz；输出电压：Uo=5.5V；满载电流：Io=20A；输出功率Po=110W。

我们由工作的频率可以计算出电源的周期T=1/f=5uS;对于正激式开关电源，我们一般占空比的范围为40%~45%之间，那我们就选择45%来计算，可以得到最大导通时间Ton(max)=5*0.45=2.25uS。

接着我们要计算变压器的二次绕组输出电压和匝数比，从上图的简易图我们可以看出在开关管导通时，变压器二次绕组电压U2等于输出电压Uo加上电感消耗电压UL再加上二极管VD1消耗的电压UF，所以我们可以简单的将变压器二次绕组的输出最低电压写成：U2（min）=（Uo+UL+UF）*T/Ton=（5.5+0.3+0.5）*5/2.25=14V。

由于正激式变压器只起到传输能量的作用，所以我们可以认为一次绕组绕组N1和二次绕组N2的比值等于变压器的一次绕组电压U1和二次绕组U2的比值，可以写成N=U1/U2；根据我们的上面的输出电压范围在106V~235V之间，我们可以得到U1=200~350V；所以我们可以取U1（min）=200V，所以N=200/14=14.3。

由N=U1（min）/U2（min）及U2（min）=（Uo+UL+UF）*T/Ton我们可以得到N=U1（min）*D（max）/(Uo+UL+UF)；又因为变压器的一次绕组匝数N1和磁通密度之间存在以下关系：N1>=(U1(min)*Ton(max)*10000)/（Bm*S）；根据输出功率与磁芯尺寸之间的关系，我们选择EI-28磁芯；其有效横截面积S=85平方毫米；磁通密度在100°C下时Bm=3000高斯，但是因为我们设计的电源是正激式，属于单向激励，所以要预留磁复位的余量，所以我们取Bm=2000高斯。

将数据代入上式中，我们可以得到N1=26.5,我们取27匝，根据N2=N1/N得到N2=2匝;。

再根据计算出来的匝数，我们可以得到准确占空比D（max）=（Uo+UL+UF）*N/U1（min）=(5.5+0.5+0.3)*13.5/200=42.5%；也就是说变压器的一次绕组N1=27，二次绕组N2=2；电源最大占空比D（max）=0.425；开关管最大导通时间Ton(max)=2.1uS；二次绕组输最低电压U2（min）=14.8V。

接下来就要计算输出电感L1电感量L=[【U2（min）-（UF+Uo）】*Ton（max）]/IL；因为输出电流Io=20A；一般我们选择的流过电感的电流IL为输出电流Io的10%~30%；我们取中间值20%，那么流过电感的电流IL=0.2*20=4A；将4A代入上式，可以算出电感量L=（14.8-0.5-5.5）*2.1/4=4.6uH。 





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