本文内容基于MPS的技官网资料整理而成,主要介绍中小功率隔离型开关电源的设计要点,不管你是做家电、适配器,还是嵌入式电源,这篇文章或许能为你提供一些思路。

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隔离变换器的基本拓扑

常见的隔离型拓扑有五种:

  • 正激(Forward)

  • 反激(Flyback)

  • 半桥(Half-Bridge)

  • 全桥(Full-Bridge)

  • 推挽(Push-Pull)

它们各具特点,适用于不同的功率等级和性能要求。例如,反激结构简单、成本低,适合中小功率场合;全桥和半桥效率高,常用于中高功率应用。更详细的优缺点对比,请参阅PDF原文。

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反激变换器的工作原理

下面主要介绍一下反激变换器(Flyback)反激是最常见的一种,尤其适合功率小于150W的应用。因为它结构简单、成本低,只有一个变压器,省去了输出电感和续流二极管。

反激常用架构模型

你可以把反激电路想象成一个“能量搬运工”:

  • 开关管导通时:能量从输入侧存入变压器;

  • 开关管关断时:能量从变压器释放到输出侧。

整个过程靠的是磁场不能突变这个物理特性,所以变压器既储能又传递能量,一举两得。

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CCM vs DCM:两种工作模式

反激电路有两种基本工作模式:

  • CCM(连续导通模式):电流始终不断,适合大电流输出,纹波小,但控制复杂;

CCM模式反激电路的典型波形

  • DCM(断续导通模式):电流会降到零,适合小功率,控制简单,但纹波大。

DCM模式反激电路的典型波形

设计时要根据输出功率、纹波要求和效率目标选择合适的操作模式。

这份MPS官方的37页开关电源设计文档,没有套路,只有干货

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关键参数的影响与优化措施
实际电路中存在许多非理想因素,会影响电源的性能与可靠性:
  • 漏感会引起开关管电压尖峰,通常需搭配RCD吸收电路进行抑制;

  • Coss(MOS输出电容):与漏感形成谐振电路,影响EMI表现;

  • 二极管寄生电容:可能引起高频振荡,需通过RC吸收进行抑制。

  • 谐振的原因以及参数优化

文档后续还系统介绍了以下内容:

  • 变压器匝比N对性能的影响

  • 初级侧开关损耗的分析与优化

  • MPS多种开关电源控制方案的选型指南

  • 次级侧二极管和输出电容的选型建议:

    1、二极管应选肖特基或超快恢复类型,耐压与电流需留足余量;

    2、输出电容需满足纹波电流、低ESR和长寿命要求,尤其注意温度影响。

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变压器设计及反激设计实例

变压器是反激电源的核心,其设计的好坏直接关系到整机性能:

  • 磁芯选型:需综合考虑开关频率与输出功率,常用系列包括EE、EER、PQ等;

  • 匝数计算:依据峰值电流与最大磁通密度确定;

  • 绕制工艺:采用“三明治绕法”可有效降低漏感,但需注意层间电容的影响。记得将初级绕组的噪声端(漏极)置于最内层,有助于抑制EMI。

文档中还提供了一个典型反激设计实例(85~265Vac输入,12V/1A输出),涵盖输入电容计算、反射电压设定、峰值电流估算、电感量计算等关键步骤。

并特别强调了反激电路设计布局要点:

  • 输入/输出环路应尽量小;

  • 功率线(如MOS管Drain极)要短而宽;

  • 控制信号需远离功率部分,防止干扰;

  • Vcc电容应尽可能靠近芯片放置。

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