反激电源设计报告

专业： 电子信息工程 姓名： 学号：

2012/7 实验报告 日期：地点： 教二-125 课程名称：___开关电源设计____指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 反激电源 实验类型： 同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得

二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤

六、实验结果与分析（必填）

一、实验要求

使用芯片：安森美的NCP1251； 输入电压：单相AC85V～220V；

输出：两路，5V，12V输出，任选一路稳压。总功率不小于15W； 纹波：峰峰值小于额定电压的5%；

工作模式：自选，如CCM或者DCM ； 控制电路：峰值电流控制。

二、实验原理

1、理想反激变压器工作原理

理想反激变压器的等效电路如图1，工作过程如下：(1)当Q1导通，直流电压Ud 加在激磁电感Lm上，电流im 增加，激磁电感Lm 存储能量，开关管电流iq=im。副边二极管D2关断，id=0。(2)当Q1关断，iq等于0，激磁电感电流不能突变，激磁电流经理想变压器转移到副边，副边二极管导通，id = n*im。(3)若激磁电感电流im未释放完，Q1再次导通，则反激变换器工作在电感电流连续工作模式;若激磁电感电流释放完时，Q1尚未导通，则反激变换器工作在电感电流断续工作模式，此时激磁电流im=0，开关管电流iq=0，二极管电流id=0。

图1 理想反激变压器等效电路图 图2 实际反激变压器等效电路图 2、实际反激变压器工作原理

实际由于各种寄生参数的存在，如变压器的漏感、开关管的源漏极电容等，进一

步的等效电路如图2。由于变压器漏感Llk 的存在，必须增加吸收电路，其换流过程比较复杂。本次设计即基于这一模型展开。

三、反激变压器的设计(以5V输出为例) 相关参数：

芯片工作频率fs=65kHz；漆包线线径：0.33mm；漆包线电流密度：5~8A/mm2；磁芯磁路长度Le：48.4mm；窗口面积Ae：84.4mm2。由此得出每根漆包线所能流过的电流约为0.5A。 设计步骤：

第一步：确定参数：

Po5*15W，pinPoP56.256.25W，Iavgmaxin0.052A， 0.8VDCmin852Ipeak2*Iavgmax/D2*0.052/0.450.231A

（1） Udmin，Iomax 时占空比最大Dmax=0.45，电流临界连续，则有

kTudD8520.4517.25，取为18 'uo1D5.710.45（2） 由于临界连续，计算变压器的副边激磁电感值：

(1D)2Uo'(10.45)2*5.7L213.26uH 32fsIo2*65*10*1（3） 根据匝比得原边电感：L1kT2L2182*13.264296uH （4） 原边匝数NpLm*IpeakAe*BmaxVoNpVinmin429610-60.231=60 84.410-60.2（5） 副边匝数Ns560=3 852（6） RCD吸收电路设计

UCS0.9Uq(DSS)Udmax7202202600V

Llk4296221.48H 400Rs2(UCSUOR)UCS2*(6005.7*18)600111k 262Llk(Ids_peak)fs21.48*10*0.61*65000UCS6001.4nF

UCSRSfs60*111*1000*65000CS

导线d=0.33mm，J=5~8A/mm2，取J=6A/mm2。故5V输出导线取2股，原边导线取

2股。同理可得12V输出端取6股9匝。芯片供电电压若取18V，可算出匝比为7，取副边匝数为9，由于芯片供电电流较小，取股数为1。

四、主要元器件电压电流应力计算（基于实验数据） ①MOS管电压应力：

60=15（4.9V输出） a侧：kT4此时开关管最高电压：uqUdkTuo220215*(4.90.7)395V b侧：kT60=7（12.29V输出） 9此时开关管最高电压：uqUdkTuo22027*(12.290.7)402V ∴MOS管承受的最大电压为402V。 ②MOS管电流应力： a侧：i1max2io2*10.24A

kT(1D)15*0.552io2*1.40.73A

kT(1D)7*0.55b侧：i1max∴MOS管流过的最大电流为0.73A。

综①②：根据采用的MOSFET型号FQPF6N80C，查询其datasheet：阻断电压达到

800V，导通电流达到5.5A，故电压应力为：402/800=0.50；电流应力为：0.73/5.5=0.13，故实际数值完全满足要求。

③二极管电压应力： a侧：u2maxUd2202故uDmu20.74V，ax(2maxkT15Uo)(20.744.9)25.64V

b侧：uDmaxu2maxUo44.4512.2956.74V ④二级管电流应力： a侧：i2max2io2*13.64A (1D)0.552io2*1.45.09A (1D)0.55b侧：i2max综③④：由于采用的快恢复二极管MUR 460能承受的反压为600V,IFSM110A(正

向不重复峰值电流)故： a侧二极管 电压应力 25.64/600=0.04 电流应力 3.64/110=0.03 b侧二极管 56.74/600=0.09 ∴实验中，两二极管均处于正常工作状态。

五、实验波形记录 空载 半载 芯片PWM输出 5.09/110=0.05 满载 MOS管源极电压 电流采样（CS） 副边电压（5V侧） 输出电压（5V侧） 输出电压纹波（5V侧） 输出电压（12V侧） 输出电压纹波（12V侧）

分析： 1.实验时，电路要求从空载启动；负载要缓慢调节，且从满载切换到空载时电路会停止工作。

2.负载越轻，电路越工作于断续状态。空载时采样电流、副边电压震荡最明显。

六、实验数据记录和处理 1、负载调整率 5 空载 12 空载 R5() R12() Vo(V) 4.899 5.042 负载调整率 2.92%（12V侧满载） 2、负载交叉调整率 R12() Vo(V) 12.29 12.87 负载调整率 4.72%（5V侧满载） 12 空载 R5() 5 空载 Vo(V) 4.895 4.880 Vo(V) 12.37 7.63 交叉调整率 0.31%（5V侧满载） 交叉调整率 38.32%（12V侧满载） 3、输入电压调整率：(两路输出满载) Vin 50 100 150 240 280 输入电压调整率 Vo（5V侧） 4.896 4.898 4.900 4.900 4.907 0.18% V（o12V侧） 12.96 12.40 12.34 12.27 12.25 5.92% 4、输入电压范围：50—280V均能保持输出稳定 5、输出电压： 5V侧：额定值4.899V，变化范围[-0.002,0.007] 12V侧：额定值12.29V，变化范围[-0.04,0.67] 6、输出电压精度： 精度 空载 半载 满载 5V侧 90mV/5V=1.8% 100mV/5V=2% 120mV/5V=2.4% 12V侧 80mV/12V=0.67% 200mV/12V=1.7% 240mV/12V=2% 7、满载输出功率： 电压（V） 电流（A） 功率（W） 5V侧 4.899 0.981 4.806 12V侧 合计 12.29 -------- 1.407 -------- 17.29 22.098 七、实验调试与心得体会 1、焊接、绕线、调试原则

①功率地与控制地分开；地线不宜太长，避免形成环路。否则输出纹波会很大。 ②二极管、电容等离芯片引脚要近。否则噪声较大，影响芯片正常工作。 ③芯片NCP1251的DRV端离MOSFET的栅极要近，否则可能驱动不了。 ④变压器漏感太大可能导致电路无法从0电压自启动。

⑤初步自启动调试：输入交流电先开通，再接通19V直流给Vcc供电。 2、调试

①问题：初步自启动调试时，在电压加在顺序正确的情况下，MOS的栅极驱动仅一段时间有脉冲，其余为低电平。DS端电压相应地一段时间有脉冲，其余保持高电平。原边正常启动。

分析与检查：原边启动不正常，原因汇总如下：变压器未缠好或与插座接触不好；MOS管烧坏了；Vcc供电电路异常。

Step 1:我们首先检查电路，变压器的接触确实有问题，该连通的点没有连通。把变压器拿下来刮净引脚，缠好引脚，焊上锡，重新用万用表检测，发现此时变压器与插座接触良好。 Step 2:但自启动仍不正常。我们用万用表检测MOS管各引脚，没有短路。而且波形显示：MOS在有驱动时DS端为低电平，没有驱动时DS端为高电平，可以推断MOS管是好的。

Step 3:检查焊接问题。把板子后面细的走线全部加粗（虽然满载时才需要考虑这个问题，但我们在查线的时候顺便把线加了粗）；检查接触不良的点全部重新焊好；检查不该连通的点有没有连通-->此时发现并联于VCC到GND端的22V稳压管被击穿！VCC电平在直流电源上电瞬间变高，但随即被拉低为0，芯片当然无法正然工作！

Step 4:换了稳压管之后再上电，自启动仍不正常。经过很长时间的检查之后仍未果。我们请教老师，老师让我们抬高交流电压，我们将其从15VAC升到40VAC直接启动电路。于是，变压器正常工作，DRV端输出连续的PWM波，副边输出稳定的5V、12V。

总结：最后一步的问题是变压器漏感太大，需要大的启动电压。 心得：分步调试，步步为营。 ②问题：初步自启动满载调试完成后，焊好之前断开的线，开始全面自启动调试。结果输出一直为0，自启动失败。

分析与检查：我们觉得变压器缠的有问题。借别的组绕线相同的变压器使用，发现输入可以从0VAC缓慢上升至50V完成自启动。我们加大了自启动电压，即：一上电就给它50VAC的交流电，发现变压器就可以工作，副边输出也能稳定在5V和12V了。

总结：变压器漏感太大，输入电压不可以从0V缓慢调节，需要大的自启动电压。

③空载自启动，缓慢减小负载电阻至满载，电路才能正常工作；且若加大负载电阻，输出就不能稳定。猜测是由于走线过长，寄生电感增大；相邻导线之间的距离过近，寄生电容增大；寄生电感和寄生电容产生谐振，使输出不稳定。