從構思到實踐--如何完成開關電源的合理設計

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

　　反激電源反射電壓還有一個確定因素軍用開關電源的反射電壓還與一個參數有關，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，開關管承受電壓越高，有可能擊穿開關管、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化過程中必須小心處理，其處理方法有幾個：

　　A、采用大一個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，一般常見于家電用開關電源，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，這兩者是一個矛盾，必須要有一個替代過程才能找到一個合適的點，在變壓器替代實驗過程中，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時比較合適。

　　C、增強耦合，降低損耗，采用新的技術，和繞線工藝，變壓器為滿足安全規范會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，現實生產中可采用初級繞組包繞次級的繞法。或者次級用三重絕緣線繞制，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，所以磁路需要開氣隙，類似于脈動直流電感器。部分磁路通過空氣縫隙耦合。為什么開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(磁滯回線)，在工作特性曲線上Y軸表示磁感應強度(B)，現在的生產工藝一般飽和點在400mT以上，一般此值在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場強度(H)此值與磁化電流強度成比例關系。磁路開氣隙相當于把磁體磁滯回線向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，此能量在開關管截止時通過變壓器次級瀉放到負載電路，反激電源磁芯開氣隙有兩個作用。

　　反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態，不僅要通過磁耦合傳遞能量，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，在滿載狀態變壓器工作于能量完全傳遞，或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環境進行設計，常規反激電源應該工作在連續模式，這樣開關管、線路的損耗都比較小，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，高反壓二極管，反向恢復時間長，速度低，在電流連續狀態，二極管是在有正向偏壓時恢復，反向恢復時的能量損耗非常大，不利于變換器性能的提高，輕則降低轉換效率，整流管嚴重發熱，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，損耗可以降到一個比較低的水平。

　　反激開關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，過分追求絕對連續是不現實的，有可能需要很大的磁芯，非常多的線圈匝數，同時伴隨著大的漏感和分布電容，可能得不償失。那么如何確定這個參數呢，通過多次實踐，及分析同行的設計，本人認為，在標稱電壓輸入時，輸出達到50%~60%變壓器從斷續，過渡到連續狀態比較合適。

　　本篇文章從結構到電路板的設計，一路介紹了如何將開關電源進行合理的設計。并給出了了一些問題的解決方法。可以說包含了一個開關電源設計的全部過程，從設計和實際生產都進行了詳細的介紹，對新手來說是不可多得的寶貴知識，希望大家能從本篇文章當中學習到合理設計開關電源的方法，并加以靈活運用。