n= L1 U i' × D = ' ηT L2 U o × Dr
Vmax=60VDC
' 式中 ηT 为变压器效率， U i' 和 U o 为变压器初级电压和次级电压；一般变压器
效率 ηT = 0 . 9 5 ~ 0 . 9 8 ，包含导线铜损耗、磁芯损耗以及漏感引起的籍位损耗，这 里取ηT = 0 . 9 5 。
U DS (min) > U o'
N1 + U i (max) N2
U i (max) = 60Vdc
故
U DS (min) > U o'
N1 13 + U i (max) > 7.5 × + 60 = 92.5V （忽略漏感引起的尖峰） N2 3
取2 0 0 V 漏极电流 I D ：对于反激式变换器，选择开关管的额定平均电流时，大约取最 大输入平均电流的 1 . 5 倍是比较理想的。 I D = 1.5 × 0.855 = 1.28 A 可以选用管子 I R F 6 1 0 （ U DS = 200V ， I D = 3.3 A ）（实际因没买到 I F R 6 1 0 的
C6 0.1u R13 40K C8 470p 1K R14 C9 2.2nF R15 1k 20K （调至1K左右） 1 COMP C7 100pF 2 VFB UC1 3 4 ISEN RT/CT OUT GND 6 5 R11 C12 100pF VREF VCC 8 7 U1
R6 20K
（调至16K左右）
I2 p =
2Io 2 × 4 = = 17.8 A Dr 0.45
次级匝数： N2 = L2 I 2 p ∆Bmax Ae ×10 −2 = 1.9 × 17.8 匝，则有： × 10 −2 = 2.58 ，取 3 2 × 0.109 × 0.6
N1 = 4.36 × 3 = 13.08 ，取 1 3 匝。初级匝数取整对变比影响很小，占空比、初 级电流等不必重算。 辅助绕组的匝数根据 U C 3 8 4 2的工作电压在 1 0 —1 6 V ，通过电压与匝比的关 系，可以确定副边绕组的匝数约为 7 匝。 （8 ）气隙长度计算
L1 = n 2 L2 = 4.362 × 1.9 = 36.1uH
（4 ）初级峰值电流 I1 p = U i'Ton 35 × 0.42 × 10 = = 4.072 A L1 36.1
平均电流 I1 =
I1 pTon 2T
=
I1 p D 2
=
I T 4.072 × 0.42 = 0.855 A Ipav = p on 2 2T
T1 13：3：7 C1 2.2n
输入电压 ：36~60VDC
UH20 C3 1000u 16V C4 1000u 16V C5 1000u 16V
R1 5K
R2 43K FR105 IFR630 C2 25V 22u R5 22 R4 10K R3 0.1/2W FR105
R7 470
R8 150
（5 ）选择磁芯材料和尺寸 选择 M a g n e t i c s 公司 P 材料，1 0 0 ℃饱和磁感应 Bs100o C = 0.39T ，查磁芯手册 可知
3 ) 与频率、磁感应关系为： 频率为 1 0 0 k 时损耗( m w / c m
P = 0.0434 f 1.63 B 2.62 (mw / cm3 ) 式中： f 为频率（k H z ）, B为磁感应强度（k G s ） ，如果 P = 100mw / cm3 ，
RDS ( on ) = 0.12Ω ）代替。 开关管，采用了 I R F 6 3 0 （ U DS = 200V ， I D = 9 A ,
3） 、箝位电路的设计 RCD 箝位电路的工作原理是：当开关管导通时，能量存储在 Lp 和漏感 Llk 中，当开关管关闭时，Lp 中的能量将转移到副边输出,但漏感 Llk 中的能量将不 会传递到副边。如果没有 RCD 箝位电路，Llk 中的能量将会在开关管关断瞬间 转移到开关管的漏源极间电容和电路中的其它杂散电容中， 此时开关管的漏极将 会承受较高的开关应力。若加上 RCD 箝位电路，Llk 中的大部分能量将在开关 管关断瞬间转移到箝位电路的箝位电容上， 然后这部分能量被箝位电阻 Rc 消耗。
1） 、反激变压器设计 变压器的设计计算是整个电源设计的关键， 它的设计好坏直接影响电源性能。 已知要求 输入电压：Vmin=36VDC 输出电压：Vo=6.5V 输出电流：Io=4A （1 ）工作频率和最大占空比确定 选定开关频率 f = 1 0 0 k H z ，则周期 T = 10us 。因为宽输人范围，采用电流断续 模式。在宽电压输人时当输入电压为最小时取最大占空比 Dmax = 0.42 , 复位占空 比 Dr = 0.45 ，保证整个输入电压范围下 ( D + Dr ) < 1 。 （2 ）计算变比： 变比可由下式计算得到：
（9 ）计算导线尺寸和线圈结构 次级电流有效值 I 2 为：
I 2 rms = I 2 p
Dr 0.45 = 17.8 × = 6.89 A 3 3
mm 2 , 选取电流密度 5 A / 导线面积 A2 为
A2 = 6.89 = 1.378mm 2 5
初级电流总有效值 I1 为
I prms = I1 p
PC817
R10
C10
2.7K 2.2nF C11 D2 0.01uF 1
3 2Biblioteka TL431R9 10K
图 1 电路原理图 1、简要介绍其工作原理： 本电路有三部分组成：主电路，控制电路和保护电路。其中主电路采用的是
单端反激式电路， 它是升降压变换器的推演并加隔离变压器而得。此电路的优点 是：电路简单，能高效提供直流输出，且它是所有电路拓扑中输入电压范围最宽 的。这对于输入环境恶劣发热负载时比较好的。它的缺点是：输出纹波较大，但 这可以通过在输出端增加一级 LC 滤波器来减小纹波。这种电路通常适合应用在 输出功率在 250W 以下，电压和负载的调整率在 5%~8%左右的电路中。反激式 电路也有电流连续和电流断续两种工作模式， 但值得注意的是反激式电路工作于 电流连续模式下会显著降低磁芯的利用率， 所以本文设计电路工作在电流断续模 式下。 控制电路是开关电源的核心部分，控制的好坏直接影响电路的整体性能， 在这个电路中采用的是以UC3842为核心的峰值电流型双闭环控制模式。即在输 出电压闭环的控制系统中增加直接或间接的电流反馈控制。 电流模式控制可以使 系统的稳定性增强，稳定域扩大，改善系统的动态性能，消除了输出电压中由输 入电压引入的低频纹波。 保护电路是开关电源中必不可少的补充，在这个电路中引入了输入过流保 护、输出过流保护、输出过压保护、过热保护等。其中输入过流保护是通过在原 边引入取样电阻R 1 4 ，接到U C 3 8 4 2 的3 脚，当R 1 4 上的电压超过1 V ，会关断P W M 的输 出从而起到保护作用， 输出过压保护是通过输出电压分压后送到误差放大器的反 相端，和电压基准比较从而来控制R 9 的电压，来控制U C 3 8 4 2 的输出占空比，达到 输出电压稳压的作用。 C 6 用来滤除芯片反馈网络调节误差比较器的输出端（1 脚） 的高频迭加信号。R 5 为开关管的驱动电阻，一般在1 0 ～1 0 0 Ω取值，本电路取2 2 Ω。R 5 越大，开关管导通越慢, 开关管上的损耗也越大。 R 4 取1 0 k Ω左右，主要 是防止M O S 管栅极悬空。C 1 0 、R 1 0 起对三端稳压管T L 4 3 1内部放大器进行相位补 偿的作用。C 7 、R 1 3 是U C 3 8 4 2 误差放大器的补偿网络。 当系统输入电压时，电路先由启动电阻R2（43kΩ）提供启动电流后，由自 馈线圈、二极管FR107、C2构成辅助电源, ,使UC3842的7脚电压达到16V时，使 UC3842 启动并有输出, 使MOS 开关管导通, 能量存贮在变压器T 1中. 此时, 由 于二次侧各路整流二极管反向偏置,故能量不能传到T 1 的二次侧, T 1 的一次侧 电流通过电阻R14 检测并与UC3842 内部提供的1V 基准电压进行比较, 当达到 这一电平时, 开关管关断, 所有变压器的绕组极性反向, 输出整流二极管正向偏 置, 存贮在T 1 中的能量传输到输出电容器中。启动结束后, 反馈线圈的电压整 流后经取样电阻分压回送到误差放大器的反向端(脚2) 和UC3842 内部的2.5V基 准电压作比较来调整驱动脉冲宽度, 从而改变输出电压以实现对输出的控制。这 样, 能量周而复始地存贮释放, 给输出端提供电压。 2、电路主要参数的设计
这样就大大减少了开关管的电压应力。
Uin *
R1 C1 T D0
Uout
C0 Rload
=
0.304 ×10−6 = 9.68 0.314 ×10−7
取 S np = 10
Aws =
S ns =
I 2 rms = 1.378 ×10−6 m 2 Jc
Aws = 43.89 wireA
取 S ns = 44 （10）变压器绕组的绕制结构 因为变压器绕制结构的好坏，会直接影响电源输出的纹波的大小，因而在本 电路采用三明治绕法：首先将一次侧绕组并绕于第一层上；然后绕二次侧，最后 将辅助供电绕组绕于最上层。 （1 1 ）实测电感值 绕完变压器后，经测试一次侧的电感实际值为 3 5 . 8 u H ，二次侧的电感值为 1 . 8 9 u H , 漏感为 3 . 6 u H 。 2） 、开关管的选择 因为开关管的工作频率为 1 0 0 k H z , 故选择 M O S F E T 作为开关管， 选择管子的漏 极电压应满足：
lg =
2 u0 × N p × Ae
Lp
式中 lg ———气隙长度 m m； u0 ——— 4Π ×10−7 ； N p ———原边匝数；
L p ———原边电感 m H; Ae ———磁芯面积 mm 2 。代入数据得： lg =