從構思到實(shí)踐--如何完成開(kāi)關(guān)電源的合理設計

　　最近幾年，隨著(zhù)多層線(xiàn)路板在開(kāi)關(guān)電源電路中應用，使得印制線(xiàn)路變壓器成為可能，由于多層板，層間距較小，也可以充分利用變壓器窗口截面，可在主線(xiàn)路板上再加一到兩片由多層板組成的印制線(xiàn)圈達到利用窗口，降低線(xiàn)路電流密度的目的，由于采用印制線(xiàn)圈，減少了人工干預，變壓器一致性好，平面結構，漏感低，偶合好。開(kāi)啟式磁芯，良好的散熱條件。由于其具有諸多的優(yōu)勢，有利于大批量生產(chǎn)，所以得到廣泛的應用。但研制開(kāi)發(fā)初期投入較大，不適合小規模生產(chǎn)。

　　反激電源反射電壓還有一個(gè)確定因素軍用開(kāi)關(guān)電源的反射電壓還與一個(gè)參數有關(guān)，那就是輸出電壓，輸出電壓越低則變壓器匝數比越大，變壓器漏感越大，開(kāi)關(guān)管承受電壓越高，有可能擊穿開(kāi)關(guān)管、吸收電路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效。在設計低壓輸出小功率反激電源的優(yōu)化過(guò)程中必須小心處理，其處理方法有幾個(gè)：

　　A、采用大一個(gè)功率等級的磁芯降低漏感，這樣可提高低壓反激電源的轉換效率，降低損耗，減小輸出紋波，提高多路輸出電源的交差調整率，一般常見(jiàn)于家電用開(kāi)關(guān)電源，如光碟機、DVB機頂盒等。

　　B、如果條件不允許加大磁芯，只能降低反射電壓，減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但有可能使電源轉換效率降低，這兩者是一個(gè)矛盾，必須要有一個(gè)替代過(guò)程才能找到一個(gè)合適的點(diǎn)，在變壓器替代實(shí)驗過(guò)程中，可以檢測變壓器原邊的反峰電壓，盡量降低反峰電壓脈沖的寬度，和幅度，可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時(shí)比較合適。

　　C、增強耦合，降低損耗，采用新的技術(shù)，和繞線(xiàn)工藝，變壓器為滿(mǎn)足安全規范會(huì )在原邊和副邊間采取絕緣措施，如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能，現實(shí)生產(chǎn)中可采用初級繞組包繞次級的繞法?；蛘叽渭売萌亟^緣線(xiàn)繞制，取消初次級間的絕緣物，可以增強耦合，甚至可采用寬銅皮繞制。 反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態(tài)，所以磁路需要開(kāi)氣隙，類(lèi)似于脈動(dòng)直流電感器。部分磁路通過(guò)空氣縫隙耦合。為什么開(kāi)氣隙的原理本人理解為：由于功率鐵氧體也具有近似于矩形的工作特性曲線(xiàn)(磁滯回線(xiàn))，在工作特性曲線(xiàn)上Y軸表示磁感應強度(B)，現在的生產(chǎn)工藝一般飽和點(diǎn)在400mT以上，一般此值在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場(chǎng)強度(H)此值與磁化電流強度成比例關(guān)系。磁路開(kāi)氣隙相當于把磁體磁滯回線(xiàn)向X軸向傾斜，在同樣的磁感應強度下，可承受更大的磁化電流，則相當于磁心儲存更多的能量，此能量在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)通過(guò)變壓器次級瀉放到負載電路，反激電源磁芯開(kāi)氣隙有兩個(gè)作用。

　　反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態(tài)，不僅要通過(guò)磁耦合傳遞能量，還擔負電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心，氣隙太大可使漏感變大，磁滯損耗增加，鐵損、銅損增大，影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和，導致電源損壞。

　　所謂反激電源的連續與斷續模式是指變壓器的工作狀態(tài)，在滿(mǎn)載狀態(tài)變壓器工作于能量完全傳遞，或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環(huán)境進(jìn)行設計，常規反激電源應該工作在連續模式，這樣開(kāi)關(guān)管、線(xiàn)路的損耗都比較小，而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力，但是這也有一些例外。由于制造工藝特點(diǎn)，高反壓二極管，反向恢復時(shí)間長(cháng)，速度低，在電流連續狀態(tài)，二極管是在有正向偏壓時(shí)恢復，反向恢復時(shí)的能量損耗非常大，不利于變換器性能的提高，輕則降低轉換效率，整流管?chē)乐匕l(fā)熱，重則甚至燒毀整流管。由于在斷續模式下，二極管是在零偏壓情況下反向偏置，損耗可以降到一個(gè)比較低的水平。

　　反激開(kāi)關(guān)電源變壓器應工作在連續模式，那就要求比較大的繞組電感量，當然連續也是有一定程度的，過(guò)分追求絕對連續是不現實(shí)的，有可能需要很大的磁芯，非常多的線(xiàn)圈匝數，同時(shí)伴隨著(zhù)大的漏感和分布電容，可能得不償失。那么如何確定這個(gè)參數呢，通過(guò)多次實(shí)踐，及分析同行的設計，本人認為，在標稱(chēng)電壓輸入時(shí)，輸出達到50%~60%變壓器從斷續，過(guò)渡到連續狀態(tài)比較合適。

　　本篇文章從結構到電路板的設計，一路介紹了如何將開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行合理的設計。并給出了了一些問(wèn)題的解決方法?？梢哉f(shuō)包含了一個(gè)開(kāi)關(guān)電源設計的全部過(guò)程，從設計和實(shí)際生產(chǎn)都進(jìn)行了詳細的介紹，對新手來(lái)說(shuō)是不可多得的寶貴知識，希望大家能從本篇文章當中學(xué)習到合理設計開(kāi)關(guān)電源的方法，并加以靈活運用。