中心議題：

• 基於FSDM0565R反激式開關電源的設計方案

解決方案：

• 通過輔助電路可以減少它的輸出紋波
• 以FSDM0565R 為核心設計的多輸入多輸出反激式開關電源
  

引言

由於線性電源發熱量大，效率低（僅35%左右）
，體積大等缺點。開關電源自20 世紀以來便顯出了強大的生命力， 倍受學者和用戶的青睞。目前，開關電源以其高性能，高效率（75%,現在單片集成開關電源效率早已達到90%以上），這對解決能源問題起到推波助瀾的作用，很多節能電器的電源供給早已被開關電源取代；體積小
，易於安裝，對於工業現場的電源供給起到了重要的作用；設計功率可選範圍大（從幾十瓦到幾千瓦都可以用開關電源來實現）。反激式開關電源相對其它類型的開關電源輸出功率小，變換電路簡單
，所用元件少
，適用於中小功率並提供多路直流電流輸出， 所以被大量用於控製電路和路燈節能、防盜控製箱中。本文分析了反激式開關電源工作方式並以FSDM0565 型芯片設計了一款多輸出反激式開關電源模塊
，並給出了測試過程的數據和波形。

1.FSDM0565R 的主要性能特點和工作原理

1.1 性能特點

FSDM0565R 是Fairchild 半導體生產的單片開關電源設計芯片

，它由PWM 控製器、振蕩器、熱關斷保護電路、故障保護電路及其他控製電路集成在一個單片器件內。由於芯片本身功耗很低，電源效率可達到80%左右。具體性能如下：a

、堅固的內部雪崩值SenseFET; b
、先地的間歇工作模式（240VAC 1W 和0.5W 時的消耗）； c、精確的固定工作頻率：66KHz;d、內部啟動電路、改進的電流限製、過電壓保護（OVP）、過載保護（OLP）、內部熱關斷功能（TSD）、異常過電流保護（AOCP）、自動重啟模式、欠壓鎖定（UVLO）等。

1.2 FSDM0565R 的工作原理

FSDM0565R 主要包括以下幾部分：（1）啟動：在啟動時，內部的高電壓電流源提供了內部的偏壓， 並為連接Vcc 腳的外部的電容（CVCC）充電。當Vcc 達到12V 時
，FPSTM 開始開關動作，此時內部的高電壓電流源就消失。（2）反饋控製：開關電源的反饋控製有電壓控製和電流控製兩種方式，FSDM0565R 采用電流反饋控製方式。由一個光耦（如H11A817A）和一個分壓調整器（如KA431）zuchengyigedianxingdefankuiwangluo。zaicixuyaoqiangtiaozaidianluwenbotiaoshishikenenghuichuxianwenbobuduideqingkuang，zhehenkenengshiyouyufankuihuiluyouwenti，zheshijianzhadianlushixuyaoceliangfankuihuiludeboxingduibiguangouliangbiandepinlvshifouyizhi。benrenzaishejishijiuyouyuchengbenwenti，xuanyongledichengbendedisuguangou（NEC2501-1），導致了輸出頻率不夠從而達不到設計指標。所以選用光耦時要根據開關電源的頻率來選。（3） 保護電路：FSDM0565R 內部集成了許多自我保護功能的電路
，比如過載保護（OLP）
，過流保護（AOCP）
，過電壓保護（OVP）和過熱關斷（TSD）。具體指標詳見本芯片的技術手冊。（4）軟啟動：FSDM0565R 內部集成了軟啟動電路，當電路啟動時，增加了PWM 比較器的反向輸入電壓和FET 的電流。通常的軟啟動時間是10 毫秒
，提供給開關管的脈寬寬度逐步增加，以給高頻變壓器、電感器
、電(dian)容(rong)器(qi)提(ti)供(gong)正(zheng)確(que)的(de)工(gong)作(zuo)工(gong)況(kuang)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)也(ye)在(zai)啟(qi)動(dong)時(shi)充(chong)電(dian)，延(yan)緩(huan)了(le)電(dian)壓(ya)的(de)突(tu)變(bian)，從(cong)而(er)不(bu)會(hui)使(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)
，也(ye)減(jian)少(shao)了(le)對(dui)輸(shu)出(chu)變(bian)頻(pin)二(er)極(ji)管(guan)的(de)衝(chong)擊(ji)。（5）突發模式：FSDM0565R 存在兩種模式，正常的66KHZ 模式和突發模式。為了減少在待機時的損耗，FSDM0565R 設有突發模式。當負載突然減少時
，反饋電路的電流突然下降，這樣FSDM0565R 就會進入突發模式。

此時反饋電壓就會降到VBURL（500mV），這時開關管停止工作，輸出電壓依據待機負載開始下降到一定值。然後反饋電壓又會上升
，它又會超過VBURH（700mV）的開關消耗，這兩種情況反複進行。

2.模塊係統組成和參數設計

圖1 是用FSDM0565R 芯片設計的反激式開關電源模塊

，輸入電壓的範圍為85VAC~265VAC, 輸出功率為45W, 輸出直流電壓分三組：+5V（0.1A）、+12V（0.2A）、+13.8V（2A）。一個開關電源的設計主要是外圍電路的設計
，分為：輸入整流濾波電路、高頻變壓器、鉗位保護電路、欠過壓保護電路、外部限流保護電路、輸出整流濾波電路以及反饋電路幾部分組成。如圖1 所示。

圖1 電源模塊電路原理圖

2.1 輸入電路設計

輸入電路包括啟動電流電路保護、過電流保護、防雷設計、EMI 濾波設計、整流橋和整流濾波設計。

由於電容器在瞬態時可以看成是短路，當開關電源上電時，會產生非常大的衝擊電流
，幅度要比穩態工作電流大很多（從幾十到幾百安培），如(ru)對(dui)衝(chong)擊(ji)電(dian)流(liu)不(bu)加(jia)以(yi)限(xian)製(zhi)，不(bu)但(dan)會(hui)燒(shao)壞(huai)保(bao)險(xian)絲(si)，燒(shao)毀(hui)插(cha)件(jian)，降(jiang)低(di)器(qi)件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)，還(hai)會(hui)由(you)於(yu)共(gong)同(tong)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)而(er)幹(gan)擾(rao)附(fu)近(jin)的(de)電(dian)器(qi)設(she)備(bei)。有(you)效(xiao)的(de)防(fang)止(zhi)方(fang)法(fa)有(you)串(chuan)連(lian)電(dian)阻(zu)法(fa)、熱敏電阻法、有源衝擊電流限製法等。本電路采用普遍的熱敏電阻法。在選用熱敏電阻的時候根據具體電路進行選擇
，本設計采用NTC8D210.過電流電路保護初級電路最高通過電流為2A.防雷采用4 級設計，選用壓敏電阻681KD20.EMI 濾波電路由電容、共模電感和電阻組成。整流橋采用全波整流電路，如圖1 中HER208 所示。由於三相全波整流的電壓有700 多伏（實測702V），所以整流濾波電路采用CD11-400V-100μf±20%兩個電容串聯的方法。

2.2 輸出電路設計

根據負載對輸出電壓紋波的要求，采用不同的輸出電路設計。如圖1 中的5V1+

、12V+、13.8V+和5V2+.因為變壓器為高頻變壓器

，反射電流會很大， 此(ci)時(shi)必(bi)需(xu)在(zai)輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)處(chu)並(bing)聯(lian)阻(zu)容(rong)串(chuan)聯(lian)電(dian)路(lu)
，這(zhe)樣(yang)即(ji)減(jian)少(shao)了(le)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)紋(wen)波(bo)
，也(ye)延(yan)長(chang)了(le)二(er)極(ji)管(guan)的(de)壽(shou)命(ming)。二(er)極(ji)管(guan)采(cai)用(yong)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian)較(jiao)短(duan)的(de)如(ru)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)
，最(zui)大(da)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian)為(wei)50ns.輸出濾波電感選擇時，根據反激式開關電源輸出濾波電感計算公式選擇，考濾磁飽和問題，最好選用鐵氧體的磁棒。LM2596-5.0 為DC-DC 變換器
，以提供5V2+的電壓。

2.3 反饋電路設計

本設計的典型反饋電路如圖2 所示：

本設計采用兩個光耦給成：E1 為過電壓保護電路，E2 組成電壓反饋電路，R14
、R15 組成采樣電阻。關於各電阻器阻值的確定如下。本電路反饋來自13.8V+,R14 采樣電壓來自13.8V 電感後側， 而R12 上端接在電感器前麵。R14 的確定：要確定R14 首先要確定R15.R15 的值不是任意取的
， 要考慮兩個因素：（1）TL431 參考輸入端的電流，一般此電流為2uA 左右，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪音的影響，一般取流過電阻R15 的電流為參考段的100 倍以上
，所以此電阻要小於2.5V/200uA=12.5K.（2）待機功耗的要求

，如有此要求，在滿足小於12.5K 的情況下盡量取大值。在這取R15 為可調的5K 變阻器，再根據分壓定律算出R14 取18K.
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TL431 要求有1mA 的工作電流， 也就是在R11 的電流接近於零時，也要保證TL431 有1mA 的電流，所以R12<=1.2V/1mA=1.2K 即可。

除此以外也是功耗方麵的考慮。R11 的取值要保證FSDM 控製端取得所需要的電流
，用H11817A 時
，其CTR=2-4,取低限2,要求流過光二極管能承受最大電流=6/2=3mA, 所以R11<=（14.4-2.5-1.2）/3=3.56K,光二極管能承受的最大電流在50mA 左右
，TL431 為100mA, 所以我們取流過R11 的最大電流為50mA,R11>（14.4-2.5-1.2）/50=214 歐姆。

同時滿足以上兩個條件，在這裏我們取1K.

R13、C26 形成一個在原點的極點，用於提升低頻增益，來壓製低頻（100Hz）紋波和提高輸出調整率，即靜態誤差， R13、C26 形成一個零點，來提升相位
，要放在帶寬頻率的前麵來增加相位裕度，具體位置要看其餘功率部分在設計帶寬處的相位是多少， R13
、C26 的頻率越低，其提升的相位越高，當然最大隻有90 度，但其頻率很低時低頻增益也會減低
，一般放在帶寬的1/5 初，約提升相位78 度。

2.4 高頻變壓器設計

高頻變壓器作為開關電源的心髒
，它的設計尤為重要，它將占用整個設計的大部分時間，設計過程請參閱文獻1 中反激式開關電源磁性元件的設計。由於篇幅的限製
，在這隻提供本設計的變壓器，參數如下：

（1）磁芯骨架：立式EC2828,12 腳（腳距5mm,排距25mm）。

（2）磁芯材料：EC2828, 盱胎歐歌
，AL=2710nH/N2（± 25%）。

（3）變壓器初級電感量（變壓器1 腳和2 腳之間）：LNp=0.5~1.0mH.

（4）絕緣要求： Np、Nf 對Ns1 和Ns2 耐壓3kVAC 60S 、1mA 漏電流。

（5）繞製順序及規格為：首先繞原編二分之一（φ0.3*2）、5V2（φ1）、12V（φ0.3）
、5V1（φ0.3）、原編另外二分之一（φ0.3*2）
、反饋繞組（φ0.3）。G隙寬：中心磁柱間距：0.373452mm.

注意事項：每個繞組均勻繞在骨架中間，每繞完一個繞組包2mm厚的絕緣膠帶。

3.樣板試驗測量結果

3.1 各電壓紋波測量結果

開關電源紋波的測量基本要求為： 使用示波器AC 耦合，20MHZ帶寬限製， 拔掉控頭的地線， 以測到準確的波形， 在本電源板中，對5V2+的要求比較嚴格
，要嚴格控製它的紋波
，以下測得當加2.5 歐姆電阻（80%負載）時測得紋波為空載的兩倍，如下圖3 所示。

3.2 電磁兼容實驗

當檢測紋波通過時考慮到現場環境問題，還得分別做電磁兼容實驗和環境實驗，電磁兼容實驗包括：浪湧
、快速脈衝群和靜電抗擾。在本次測試中開關電源主板裝入某一終端進行測試。差模打±2000V,共模打±4000V.具體方法參照國家電磁兼容性相關標準。

4.結論

反激式開關電源比起線性電源和其他類型的開關電源
，具有紋波大的特點。但通過輔助電路可以減少它的輸出紋波。以FSDM0565R 為核心設計的多輸入多輸出反激式開關電源，不但有體積小、效率高
、性能穩定的特點， 而(er)且(qie)在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)和(he)高(gao)溫(wen)測(ce)試(shi)中(zhong)都(dou)表(biao)現(xian)出(chu)了(le)很(hen)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)
，取(qu)得(de)了(le)很(hen)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)
，但(dan)本(ben)次(ci)設(she)計(ji)和(he)測(ce)試(shi)到(dao)投(tou)入(ru)生(sheng)產(chan)經(jing)過(guo)了(le)兩(liang)個(ge)月(yue)的(de)時(shi)間(jian)，所(suo)以(yi)本(ben)人(ren)也(ye)在(zai)做(zuo)一(yi)個(ge)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)仿(fang)真(zhen)，通(tong)過(guo)仿(fang)真(zhen)和(he)模(mo)塊(kuai)化(hua)可(ke)以(yi)大(da)大(da)減(jian)少(shao)研(yan)發(fa)周(zhou)期(qi)和(he)成(cheng)本(ben)。