大家好，我是磚一談芯。
非常高興能夠參加電源網(wǎng)的DIY設(shè)計(jì)大賽，也很榮幸能夠在電源網(wǎng)和得捷電子兩個(gè)大平臺(tái)上展示自己的處女作。
我今天給大家?guī)淼捻?xiàng)目是一款基于反激式開關(guān)電源的手機(jī)充電器設(shè)計(jì)。
接下來的幾天，我會(huì)以一個(gè)系列進(jìn)行更新，分別從原理圖設(shè)計(jì)，元器件選型，PCB Layout，高頻變壓器的計(jì)算，以及調(diào)試過程中遇到的問題點(diǎn)進(jìn)行分享。
這是本系列的第一期，本期主要講解反激開關(guān)電源模塊化電路的工作原理和器件如何選型，歡迎各位看官批評指正！
首先，設(shè)定初始系統(tǒng)參數(shù)
輸入電壓：Vin=220V
輸出電壓：Vout=5V，輸出電流：Iout=2A
輸出功率：Po=Vout*Iout=10W，效率：η=85%
開關(guān)頻率：Fsw=65KHz
其次，我把本次DIY的原理圖按照模塊化整理成系統(tǒng)框圖，這樣方便我掌握現(xiàn)在反激開關(guān)電源有哪些模塊需要學(xué)習(xí)，也增加論壇網(wǎng)友的可讀性。
下面我將把這些電路按照模塊化講解各部分的作用以及器件選型。
1、輸入保護(hù)電路
輸入保護(hù)電路是由保險(xiǎn)絲F1和壓敏電阻MOV1組成，保險(xiǎn)絲負(fù)責(zé)過流保護(hù)，壓敏電阻負(fù)責(zé)過壓保護(hù)，當(dāng)輸入一旦有非常大的電壓和電流時(shí)，它們可以保護(hù)后級的電路不受損壞。
1.1 保險(xiǎn)絲選型
主要有四個(gè)參數(shù)：電流，電壓，慢熔斷，一次性。
（1）輸入電流有效值
保留3倍余量，取1.25A
（2）電壓
市電是220V±20%，176V~264V，現(xiàn)在電網(wǎng)控制比較好，在220V~240V以內(nèi)。所以選擇300V沒問題。
（3）慢熔斷
電源里經(jīng)常選用慢斷，因?yàn)槲覀円^雷擊浪涌，用快斷的話，I2t很小，雷擊浪涌容易燒毀保險(xiǎn)絲。
（4）一次性
電源里常選用一次性保險(xiǎn)絲，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲不選，原因一旦保險(xiǎn)絲損壞意味著電路過流了，后級電路沒修好的情況下，前邊保險(xiǎn)絲恢復(fù)了，會(huì)造成電源二次傷害。
所以最終選型是300V，1.25A。
1.2 壓敏電阻選型
壓敏電阻主要是防止瞬間高壓。
主要考慮輸入電壓選擇，雷擊浪涌等級選擇。
壓敏電壓=輸入電壓*電壓波動(dòng)1.2*1.414/降額70%=532V，可以選561；
雷擊浪涌選3級：差模1KV，共模2KV，所以浪涌電流Ipp=浪涌等級電壓/發(fā)生器阻抗=1000V/2Ω=500A，可以選1200A；
直徑可以選擇D=7mm，誤差可以選K=10%，所以最終選型是07D561K
2、EMI濾波電路和輸入整流濾波電路
2.1 EMI濾波電路
主要是由CX1電容，磁珠L2，L3構(gòu)成，其中CX1電容主要用于濾除來自零火線的差模噪聲，L2和L3可以當(dāng)成共模電感，濾除共模噪聲，防止對電源的干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)的干擾。
2.1.1 X電容及泄放電阻選型
X電容容值一般在幾十nF到幾百nF，這里選擇100nF，電壓根據(jù)輸入電壓選擇，輸入電壓可以達(dá)到264V，所以可選擇400V。
R15、R16、R17主要作用是X電容泄放電阻，提供泄放回路。我選用1206 820K
2.1.2 磁珠選型
兩個(gè)磁珠可以按照數(shù)據(jù)手冊選型， 300R，1206。
2.2 輸入整流濾波電路
主要是由整流橋BD1，C9，L1，C10構(gòu)成，其中整流橋BD1主要是用于將輸入的交流電整流成直流電，C9，L1，C10組成π型濾波用于濾除共模噪聲和差模噪聲，同時(shí)可以把整流之后的饅頭波，濾波成平直的電壓。
2.2.1 整流橋選型
我選取集成的整流橋MB10F，耐壓1000V，體積小巧，二極管一致性好。
UBR≥1.25*√2Umax，其中UBR：反向擊穿電壓，Umax：交流輸入電壓最大值 UBR≥1.25*√2*220=311V
一般工程上最大反向耐壓用到1/3，所以選擇耐壓1000V的MB10F
2.2.2 高壓濾波電容選型
一般按照輸出功率配置輸入電容，大概2~3nF/W，輸出功率5V2A=10W，3*10=30nF，留有余量可選擇33nF。
輸入電容電壓Vdcmax=Vinmax*√2=373.352 ，取輸入電容耐壓400V。
2.2.3 工字電感及泄放電阻選型
這里需要濾除更多的紋波，需要加一顆電感，構(gòu)成CLC網(wǎng)絡(luò)，也就是π型濾波電路。工字電感根據(jù)數(shù)據(jù)手冊里選擇1mH，留有余量選擇3mH。具體計(jì)算還沒搞明白，有明白的朋友評論區(qū)說一下哈。
電感并聯(lián)的電阻作用是由于MOS管斷開后電感上會(huì)產(chǎn)生反向感生電壓，加一個(gè)電阻為電感提供泄放感生電壓回路。這里我選擇一顆0805的10K電阻。
3、RCD吸收回路
RCD吸收回路是由R2，C2，D2組成，和MOS管相連接。
3.1 二極管選型
當(dāng)MOS管關(guān)斷后，變壓器的原邊線圈由于漏感的存在容易產(chǎn)生尖峰電壓和電流，所以RCD回路主要作用是吸收原邊變壓器的漏感尖峰，電壓較大，所以二極管我選擇一顆1000V貼片快恢復(fù)二極管F1M。
3.2 電阻和電容選型
需要根據(jù)實(shí)際調(diào)試進(jìn)行微調(diào)，故根據(jù)芯片手冊選型
電阻選型：1206封裝，150K；
電容選型：1206封裝，2.2nF；
4、VCC供電電路
VCC供電電路主要是使用變壓器的輔助繞組供電，可以節(jié)省供電電源，功率密度更高，散熱會(huì)更好。
4.1 二極管選型
由于這個(gè)輔助繞組與主繞組和輔助繞組之間都會(huì)存在互感問題，所以輔助繞組上會(huì)有感生電壓存在，還有兩個(gè)繞組的匝比關(guān)系，會(huì)感應(yīng)出幾十伏的電壓，所以需要用二極管單向?qū)ㄐ越刂棺?，防止損壞后級芯片。
所以我選擇一顆200V 1A快恢復(fù)二極管。
4.2 電阻選型
R3電阻主要作用有兩個(gè)其一是防止LC阻尼振蕩；其二是限制電流尖峰，選擇10R即可。
4.3 濾波電容
通過二極管的整流和EC1、C4的濾波，得到低壓直流電給VCC供電，參考數(shù)據(jù)手冊，EC1 47nF 35V，C4 0603的100nF
5、電流檢測電路
電流檢測電路由兩個(gè)電阻R11，R12組成，通常被稱為Rsense或者CS電阻。主要是利用歐姆定律，通過測量電阻兩端的壓降，就可以計(jì)算通過電阻的電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對原邊電流的精準(zhǔn)檢測，如果電流太大，就會(huì)觸發(fā)芯片內(nèi)部的過流保護(hù)。這里我參考芯片手冊電阻值，選擇兩顆1206的3.3R電阻。這里阻值的計(jì)算還不是很懂，有懂得朋友可以評論區(qū)留言。
6、輸出整流濾波電路
輸出整流濾波電路主要由R1，C1，D1，EC2，EC3，C3組成。
R1，C1構(gòu)成RC吸收回路，主要是用于吸收二極管上的漏感尖峰；二極管是一顆肖特基二極管，主要作用是當(dāng)原邊MOS管打開后，在變壓器同名端的作用下，可以截止住感應(yīng)出的反向電壓。當(dāng)原邊MOS管關(guān)閉后，變壓器原邊電感感應(yīng)電壓反向，二極管導(dǎo)通會(huì)續(xù)流給輸出負(fù)載供電。
6.1 輸出整流二極管選型
輸出二極管的耐壓包括輸出電壓，原邊的反射電壓以及副邊的漏感電壓。
Vrrm=Vout+Vdcmax/N=5V+220V*1.414V/12=30.9V，余量留大一點(diǎn)，耐壓可以選擇100V，電流可以取5A。
6.2 RC選型
R1和C1取值可以按照數(shù)據(jù)手冊里面來，22R和1nF。
6.3 輸出電解電容選型
EC2，EC3，C3主要作用是濾除二極管整流后輸出電壓的紋波。我參考數(shù)據(jù)手冊以及后期Layout過程中封裝問題，用了兩顆50V 470uF的電解電容，為了減小ESR，我選擇了一顆0603 1uF的MLCC。
7、穩(wěn)壓反饋電路
7.1 穩(wěn)壓反饋電路作用
穩(wěn)壓反饋電路主要是由分壓電阻R6，R7，基準(zhǔn)電壓源CJ431和光耦EL1018，限流電阻R4，R5和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)R8，C5組成。
這部分電路是電壓反饋電路，用來告訴芯片當(dāng)前的輸出電壓值，從而讓芯片微調(diào)PWM的占空比，從而可以穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)某時(shí)刻輸出電壓低于5V，分壓電阻節(jié)點(diǎn)電壓也會(huì)偏低，431會(huì)開始穩(wěn)定輸出電壓，內(nèi)部1腳REF端感受到電壓反饋量減小后，431的陰極到陽極的分流就變小，光耦中發(fā)光二極管就會(huì)變暗，內(nèi)部的光電三極管就會(huì)截止，電壓突變這件事就會(huì)傳遞給芯片F(xiàn)B反饋端，芯片收到信號以后，內(nèi)部的MOS管就會(huì)導(dǎo)通，占空比變大，從而輸出電壓增加，最終穩(wěn)定在5V。
7.2 光耦和基準(zhǔn)電壓源的選擇
光耦的選擇一般是選線性光耦，我選擇一顆電流傳輸比CTR在50-600%，CTR比較高，型號為EL1018。CTR越大，說明輸入小電流可以在輸出端產(chǎn)生較大的輸出電流，說明信號傳輸效率高。反之，CTR越小，信號傳輸效率低。
電壓基準(zhǔn)源選擇的是對標(biāo)TL431的CJ431，穩(wěn)壓范圍在2.5V~36V，可以滿足輸出5V分壓的需求。
7.3 分壓電阻的阻值計(jì)算
所以R6，R7可以取10K，0603
7.4 光耦和431的限流阻值，環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
這部分比較難，我參考數(shù)據(jù)手冊。R4取1K 0603，R5取2K 0603，R8取10K 0603，C5取100nF 0603
有知道怎么計(jì)算的朋友可以評論區(qū)留言，我將繼續(xù)學(xué)習(xí)。
8、輸入欠壓過壓保護(hù)電路和定時(shí)器保護(hù)電路
8.1 輸入過壓欠壓保護(hù)電路
它是由R9，R10組成。芯片7腳B/O通過R9、R10的分壓檢測V-bus電壓，判斷輸入是否過壓或欠壓。
我參考芯片手冊R9和R10選擇10.2M和91K。具體的計(jì)算需要研究一下。有知道的朋友可以評論區(qū)留言一下。
8.2 定時(shí)器保護(hù)電路
芯片的8腳TIMER結(jié)合了軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)和定時(shí)功能，用于過載保護(hù)OLP和欠壓保護(hù)Brownout，它是芯片內(nèi)部的比較電壓，接上47uF的電容濾波即可。這個(gè)還在學(xué)習(xí)中，有知道的朋友可以分享一下思路。
9、Y電容隔離電路
Y電容是為了隔離熱地和冷地。
9.1 Y電容容值
不是越大越好，它是跟耐壓的漏電流要求有關(guān)，一般是5mA或者10mA，如果漏電流超標(biāo)的話，會(huì)有安全隱患。所以Y電容容值一般都是1nF，2.2nF居多，3.3nF，4.7nF更少，這樣才能保證耐壓的漏電流不能超。
9.1 Y電容耐壓
由于可以隔離變壓器原邊熱地和副邊冷地，耐壓較大4000Vac，額定電壓400V，腳距10mm，所以選型可以選擇400V，2.2nF，Y1電容。
感謝大家的觀看，初學(xué)開關(guān)電源，還請大家在評論區(qū)多多提提意見，謝謝！
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