反激式（Flyback）變換器設(shè)計(jì)

冠捷顯示科技（廈門）有限公司 陳濟(jì)水

電源就像人體的心臟，給所有電設(shè)備提供能量。反激式開關(guān)電源成本低、電路系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單、輸入和輸出電壓可選擇范圍較大，因此，被廣泛應(yīng)用于TV、Monitor、Notebook等領(lǐng)域。反激式（Flyback）變換器在原邊導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，關(guān)斷時(shí)，將初級(jí)儲(chǔ)存的能量傳到次級(jí)。

1 反激式（Flyback）變換器的原理

反激式變換器是利用反激變壓器隔離輸入和輸出回路，此反激變壓器實(shí)際上是幾個(gè)電感組成，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存能量、改變電壓、能量傳遞等任務(wù)。

圖1是反激式（Flyback）變換器的基本原理圖。原理分析如下：當(dāng)初級(jí)MOS管Q9101導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)肖特基二極管D9101處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)初級(jí)并不提供能量，是輸出電容為系統(tǒng)的運(yùn)作提供能量；當(dāng)Q9101關(guān)斷時(shí)，T9101副邊繞組電壓反向，此時(shí)D9101開始導(dǎo)通，初級(jí)的能量才傳遞給次級(jí)，為次級(jí)輸出電容和系統(tǒng)的運(yùn)作供電；通過(guò)取樣回路和光耦來(lái)控制IC輸出的開關(guān)時(shí)間，調(diào)節(jié)初級(jí)給次級(jí)提供能量的大小，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。

圖1 反激式（Flyback）基本原理圖

2 60W反激式變換器連續(xù)模式設(shè)計(jì)

小于100W的開關(guān)電源通常是反激式架構(gòu)，寬電壓設(shè)計(jì)時(shí)多數(shù)采用電流連續(xù)模式。下面介紹12V/5A反激式變換器設(shè)計(jì)的一般步驟：

（1）電源的需求規(guī)格：

（2）磁芯的選擇

由于本次設(shè)計(jì)的電源Po=60W，f=65Khz，所以磁芯應(yīng)選擇EQ33。

查規(guī)格書可知其有效截面積為156.3mm2。

其中Dmax為輸出最大占空比，Ton_max為原邊最大導(dǎo)通時(shí)間。

（3）原邊峰值電流Ip2的計(jì)算

Ip1+Ip2=2*Iavg/Dmax=2.924A，假設(shè)Ip1=0.2Ip2，可得Ip1=0.487A，Ip2=2.437A。其中，Ip1為原邊導(dǎo)通瞬間電流。

（4）原邊感量L的計(jì)算

（5）初級(jí)繞組匝數(shù)Np的計(jì)算

（6）次級(jí)繞組匝數(shù)Ns1和輔助繞組匝數(shù)Nv的計(jì)算

同理輔助繞組匝數(shù)取Nv=4匝。

（7）保險(xiǎn)絲的選擇

當(dāng)輸入電壓為90Vac且輸出功率為60W時(shí)，保險(xiǎn)絲電流會(huì)達(dá)到最大值。小于75W的電源因考慮到成本，沒(méi)有功率因數(shù)校正模塊，輸入電壓和輸入電流的相位并不一致，所以功率因數(shù)PF很小，假設(shè)PF為0.6，可得輸入電流I=Po/(?*Vacmin*0.6)=1.39A，按UL規(guī)范，可選擇2.5A/250V的保險(xiǎn)絲。

（8）壓敏電阻參數(shù)的選擇

依國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，選擇10D621壓敏電阻（561壓敏電阻國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)生過(guò)燒毀情況）。

（9）EMI元件選擇

X電容選擇容值時(shí)需考慮放電時(shí)間，共模電感用來(lái)抑制傳導(dǎo)。功率越大，所需要的X電容容值及共模電感感量也越大，本系統(tǒng)功率為60W，所以選擇一顆X電容（0.47uF）及兩顆共模電感（17mH）。

（10）熱敏電阻的選用

冷開機(jī)時(shí)，由于電網(wǎng)要對(duì)主電解電容充電，保險(xiǎn)絲和整流橋會(huì)有很大的沖擊電流，熱敏電阻可以減小此沖擊電流值，保護(hù)后級(jí)電路；熱敏電阻選負(fù)溫度系數(shù)，阻抗隨著本體溫度的升高而降低，此特性可以提高電源的效率。寬電壓輸入時(shí)一般選用4Ω，同時(shí)需考慮本體溫度，溫度高時(shí)可以采用多顆小阻值熱敏電阻串聯(lián)。

（11）整流橋的選擇

根據(jù)保險(xiǎn)絲選擇的電流，整流橋的電流需大于保險(xiǎn)絲的額定電流，可選取4A，還需注意T的規(guī)格。寬電壓輸入時(shí)，整流橋的反向電壓一般選800V，所以選取4A/800V，并預(yù)留散熱片位置，若溫度超規(guī)，可增加散熱片輔助整流橋散熱。

（12）主電解電容的選擇

輸入電壓為90Vac～264Vac時(shí)，電容的容值選2uF/W。因?yàn)檩敵龉β蕿?0W，所以容值C=Po*2uF=120uF，耐壓大于最大交流輸入電壓峰值的1.1倍，故選120uF/450V。

（13）MOS管的選擇

變壓器初次級(jí)圈數(shù)比為8.3，則MOS管DS端平臺(tái)電壓為478V，因Vds關(guān)斷瞬間會(huì)有尖峰，所選Vds需大于平臺(tái)電壓的1.3倍，得到：Vds>1.3*478V=622V。故選擇Vds為650V的MOS管，寬電壓時(shí)MOS管溫度較高，一般需要加散熱片輔助MOS管散熱。

（14）次級(jí)整流二極管的選用

變壓器初次級(jí)圈數(shù)比為8.3，則二極管反向的平臺(tái)電壓為57.6V，因二極管Vsr在關(guān)斷瞬間會(huì)有尖峰，所選Vsr需大于平臺(tái)電壓的1.3倍，得到：Vsr>1.3*57.6V=75V。故選擇反向耐壓為100V的肖特基二極管，通常需要再加散熱片，避免肖特基二極管溫度超規(guī)。

結(jié)語(yǔ)：本文介紹了反激式（flyback）變換器的原理、60W電源連續(xù)模式設(shè)計(jì)的一般步驟，讓大家對(duì)反激式（flyback）變換器設(shè)計(jì)流程有一個(gè)較系統(tǒng)的了解，可以對(duì)剛?cè)腴T的電源開發(fā)人員有一定的啟發(fā)。