這是十月份參加“亞源杯”電源設(shè)計(jì)大賽的作品；由亞源科技有限公司出題、贊助，在學(xué)校舉辦。
首先來(lái)看看設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)：
上面是電源設(shè)計(jì)的指標(biāo)。
下面是設(shè)計(jì)思想：
1 設(shè)計(jì)思想與總體方案
1.1 設(shè)計(jì)基本要求
輸入：
1、輸入電壓：90-264VAC
2、輸入頻率：47-63Hz
3、輸入電流：0.8 Arms Max
4、浪涌電流：80 Arms Max
5、待機(jī)功耗：75Mw Max
6、效率：75.5%--88%
7、漏電電流：100ua Max
輸出：
1、輸出電壓：+12V
2、輸出誤差：11.4-12.6V
3、輸出電流：2A Max
4、負(fù)載調(diào)整率：±1
5、紋波電壓：小于240Mv
6、具備短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)（4A Max）、過(guò)壓保護(hù)（18V）
1.2 主電路的選型開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)眾多，其中適合小功率電源使用的有正激型、反激型和半橋型，適合大功率電源的有正激型、半橋型和全橋型。一般來(lái)說(shuō)，小功率電源（1～100W）宜采用電路簡(jiǎn)單、成本低的反激型電路，兼用半波整流輸出交流，最終轉(zhuǎn)換成直流輸出。
由于設(shè)計(jì)要求直流輸出電壓為12V，輸出電流2A，輸出功率24W，所以采用反激型電路制作。
1.3 總設(shè)計(jì)框圖反激式開(kāi)關(guān)電源電路基本設(shè)計(jì)原理框圖如下：
1.4 總原理圖設(shè)計(jì)
基于SD4870的24W開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)總原理圖如圖1.2所示：
圖1.2 開(kāi)關(guān)電源原理總圖
其PWM控制芯片采用SD4870，開(kāi)關(guān)管采用FCPF20N60；輸出整流采用同步整流，其主控芯片是FAN6204，MOS是BSC028N06NS；其電路有過(guò)壓、過(guò)流、短路保護(hù)，并且能夠鎖死，只有在斷掉市電，過(guò)一會(huì)兒再次上電，才會(huì)有輸出。
2 開(kāi)關(guān)電源各部分電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算
2.1 變壓器設(shè)計(jì)、計(jì)算
24W的反激式變壓器輸入為90VAC—264VAC，設(shè)計(jì)輸出12V@2A。開(kāi)關(guān)頻率為65KHz；采用600V的MOSFET。
1.確定Vor和Vz
最大輸入電壓時(shí)，加在變壓器上的直流電壓：
Vin max=1.414VACmax=1.414*264=374V 公式2-1
MOSFET額定電壓為600V，故在Vin max處，必須保留至少40V的裕量。此情況下，漏極電壓不能超過(guò)560V。期漏極電壓為Vin+Vz，于是有：
Vin+Vz=374+Vz<=560,得Vz<=186V 公式2-2
所以需選擇標(biāo)準(zhǔn)的180V穩(wěn)壓管。
Vor=Vz/1.4=0.7*Vz=0.7*180=128V 公式2-3
2.匝比
由于需要在18V輸出時(shí)進(jìn)行保護(hù)，所以的輸出18V,其整流是同步整流，其壓降很小，假設(shè)為0.1V，則匝比為：
n=Vor/（Vo+Vd）=128/（18+0.1）=7.07，取整數(shù)7。公式2-4
3.最大占空比（理論值）
變壓器最小直流電壓為：
Vin min=1.414*VACmin=1.414*90=127V 公式2-5
忽悠變壓器輸入端的電壓紋波，此即為變壓器電路的直流輸入。故可的最小輸入電壓時(shí)的占空比為：
D=Vor/（Vor+Vin min）=128/（128+127）=0.5 公式2-6
4.一次二次有效負(fù)載電流
Po=24W，Uo=12V則：
Io=Po/Uo=24/12=2A 公式2-7
一次輸出電壓為Vor，負(fù)載電流為Ior，其中：
Ior=Io/n=2/7=0.286A 公式2-8
5.占空比
由輸入功率：
Pin=Po/效率=24/0.7=34.28 公式2-9
于是可以得平均輸入電流：
Iin=Pin/Vin=34.28/127=0.270A 公式2-10
平均輸入電流與實(shí)際占空比D直接相關(guān)。因?yàn)?span>Iin/D為一次電流斜坡中心值，且其值與Ilr相等，于是有：
Iin/D=Ior/(1-D) 公式2-11
解得：
D=Iin/（Iin+Ior）=0.270/（0.270+0.286）=0.486 公式2-12
此占空比更為準(zhǔn)確。
6.一次和二次電流斜坡實(shí)際中心值
二次電流斜坡中心值為：
Il=Io/（1-D）=2/（1-0.486）=3.89A 公式2-13
一次電流斜坡中心值為：
Ilr=Il/n=3.89/7=0.556A 公式2-14
7.峰值開(kāi)關(guān)電流
根據(jù)以上Ilr值，可得所選電流紋波情況下的峰值電流：
Ipk=（1+r/2）*Ilr=1.25*0.556=2.25A 公式2-15
根據(jù)此估算值，即可設(shè)定控制器的最大電流值。
8.伏秒數(shù)
輸入電壓為Vin min時(shí)：
Von=Vin=127 公式2-16
導(dǎo)通時(shí)間：
Ton=D/f=0.486/65000=7.477us 公式2-17
所以伏秒數(shù)為：
Et=Von*Ton=127*7.477=950Vus 公式2-18
9.一次電感
Lp=（1/Ilr）*（Et/r）=950/（0.566*0.5）=3357uH 公式2-19
10.磁芯選擇
設(shè)計(jì)磁性元件與特制或成品電感不同，須加氣隙以提高磁芯的能量?jī)?chǔ)存能力。若無(wú)氣隙，磁芯一旦儲(chǔ)存少許能量就容易達(dá)到飽和。
Ve=0.7*[（2+r）2/r]*（Pin/f）=0.7*[(2+0.5)2/0.5]*(24/65)=3.24cm3 公式2-20
于是可以選取這個(gè)體積或者更大的磁芯。在EE28中可以找到，其等效長(zhǎng)度和面積在它的規(guī)格說(shuō)明中已給出：
Ae=1.18cm2 Le=5.55cm
則可得起體積為：
Ve=Ae*Le=1.18*5.55=6.549cm3 公式2-21
稍大于所需尺寸，滿足要求。
11.匝數(shù)
關(guān)于r的電壓相關(guān)方程：
N=(1+2/r)*[（Von*D）/(2Bpk*Ae*f)] 公式2-22
因此：
Np=(1+2/0.5)*[（127*0.486）/(2*0.3*0.000118*65000)]=67匝 公式2-23
12V輸出的二次組匝數(shù)為：
Ns=Np/n=67/7=10匝 公式2-24
2.2 變壓器的繞制
磁芯骨架：PQ26-25
初級(jí)=42T（0.4漆包線1根）；
次級(jí)=6T（0.4漆包線4根并繞）；
IC供電=7T（0.4漆包線1根）。
從最底層開(kāi)始：
N1：P5——4 Φ0.4mm*1股 21T 后加三層瑪拉膠
N2：P8/9—11/12 Φ0.4mm*3股 6T 后加三層瑪拉膠
N3：P3——5 Φ0.4mm*1股 21T 后加三層瑪拉膠
N4：P1——2 Φ0.4mm*1股 7T 后加三層瑪拉膠
1、先從最底層繞起，即N1——N4，且層與層之前需加上瑪拉膠 ；
2、P5——3表示從5腳進(jìn)，3腳出，一共繞21T；
3、P8/9——11/12表示從8/9腳進(jìn)，11/12腳出，4根線并繞，一共繞6T；
4、繞線方向全部朝同一方向。
5、此變壓器在這電路上時(shí)，在電壓為70VAC時(shí)，能供給24W的有效功率，（12V/2A）
6、漆包線繞完后，用小刀整理管腳導(dǎo)線線頭，用烙鐵將漆包線與管腳焊接上。
7、減掉長(zhǎng)出的5、6、7、10腳（PCB板上5、6、7、10腳未開(kāi)孔）。
8、合上磁芯，測(cè)量腳3到腳4的電感量。
9、電感值為1mH～700μH為正常，若電感值較大，加厚瑪拉膠或用金剛銼磨掉磁芯中柱一點(diǎn)點(diǎn)。
2.3 市電輸入部分設(shè)計(jì)
圖2.1 市電輸入原理
熱敏電阻（RT1），溫度越高電阻越小。為了防止上電瞬間電容充電插頭處冒火花：由于初次上電溫度低電阻大，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)機(jī)浪涌電流的抑制。安規(guī)電容（CX1），（1）濾波作用；（2）當(dāng)電容被擊穿則電容內(nèi)部斷開(kāi)，而一般電容則是短路。規(guī)模電感（TF1）抑制高頻干擾。壓敏電阻（ZNR1）：防雷電作用；當(dāng)輸入很高電壓時(shí)電阻變小，相當(dāng)于在此處短路，從而保護(hù)了后面電路。整流橋（Z1）采用KBP206，600V/2A。按照每瓦2uf來(lái)計(jì)算，24W位48uf，因此采用47uf/400V濾波電容。
2.4 PWM控制部分
圖2.2 PWM控制原理
采用SD4870作為PWM主控；開(kāi)關(guān)管采用FCPF20N60，之所以采用20A，是因?yàn)槠鋬?nèi)阻比較小，只有0.15歐。R15是用來(lái)作功率保護(hù)的。R14是用來(lái)控制PWM的頻率，其芯片頻率為：f=6500Khz/R14。
2.5 輸出部分電路
圖2.3 直流輸出原理
整流采用同步整流，其主控芯片是FAN6204，MOS管采用BSC028N06NS,2.8毫歐，100A,60V；其中R5、R8、R9、R11由以下公式計(jì)算得：
0.83?R8R5+R8?VINMINn+VOUT>0.05VOUT+0.3 公式2-25
R8R5+R8?VINMAXn+VOUT<4 公式2-26
1<R9R11+R9?VOUT<4 公式2-27
K?R8R5+R8=R9R11+R9 公式2-28
為了降低紋波，采用LC低通濾波器，取截止頻率fL=3.5KHz，電容取1000μF，由
可得
公式2-29
代入得L=2.0699 μH，取2μH。
2.6 電壓反饋部分電路
圖2.4 電壓反饋原理
采用TL431比較，配合光耦PC817隔離進(jìn)行電壓反饋，其R19/R24/VR2進(jìn)行分壓取樣；R25/C13是電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，防止電壓立即改變。
2.7 保護(hù)部分電路
圖2.5 保護(hù)原理
其保護(hù)電路總體思路是輸出端給一個(gè)信號(hào)觸發(fā)光耦U8，光耦再開(kāi)通由Q1、Q2、R18、R27、C12、C15組成的自鎖電路（構(gòu)成低續(xù)流可控硅）。從而使SD4870的VCC對(duì)地，從而使SD4870停止工作，從而起到保護(hù)作用。輸出端的觸發(fā)信號(hào)主要由LM358(U6)送出，U6B是18V過(guò)壓保護(hù)，由R17和R23分壓得到一個(gè)電壓送入比較器U6B正輸入，負(fù)輸入由TL431（U5）給的2.5V左右的基準(zhǔn)電壓。18V時(shí)R23分到2.57V左右時(shí)，U6B會(huì)翻轉(zhuǎn)，從而保護(hù)。U6A是電路、過(guò)流保護(hù)，主要由R28（0.01歐）取樣得到一個(gè)電壓送入U6A正輸入，負(fù)輸入由TL431（U5）分壓得到基準(zhǔn)電壓，從而得到保護(hù)。
3測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果
3.1 電壓調(diào)整率
3.4 其他
實(shí)測(cè)輸入電壓范圍是70AC-270AC；輸出電流可達(dá)到5A。
4 原理圖與PCB圖以及實(shí)物圖
4.1 開(kāi)關(guān)電源原理總圖
圖4.1 開(kāi)關(guān)電源總原理圖
4.2 開(kāi)關(guān)電源PCB圖
圖4.2 開(kāi)關(guān)電源PCB圖
4.3 開(kāi)關(guān)電源作品實(shí)物圖
圖4.3 開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖A
圖4.4 開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖B
下面在來(lái)看看其他的圖片吧
效率測(cè)試圖
頒獎(jiǎng)典禮
最后再來(lái)一個(gè)AD15原理圖文件：開(kāi)關(guān)電源原理圖V2.3.rar
求解~
