本系列文章以反激電源設計為切入點，深究這種電源的設計手法并對其中的原理進行細致的講解，對良好的設計習慣進行培養(yǎng)。

 

為了達到較為明顯的演示效果，本篇文章當中使用的參數(shù)規(guī)格都是比較夸張的。輸入要求：AC90~275V，輸出5V~40A。 一個200W的反激式電源，（這么大的電源不一定能夠通過EMC，因為漏感和反激式的工作模式問題使大功率反激式EMC比較難過）。 因為這個電源電壓不高，電流大，次級整流的損耗大，估計按照此方法設計出來效率90%，一般輸出電壓越高的效率越好。

 

 

1.SMPS Cal： 這是一款電源計算工具，用來做綜合評估，比如選擇什么拓補結構，需要用多大磁芯，電容容量，電流有效值，峰值這些。先讓自己心里有個大概。

 

2.saber 2007 這個是一款仿真軟件，設計電源的時候用這個來仿真原理性問題，仿真的最多的是開環(huán)性仿真。

 

3.PExprt：這是一款ansys里面的變壓器設計軟件，比較好用，和實際的吻合度高。

 

本篇文章主要對電解電容進行講解，并且使用saber來進行適當?shù)妮o助講解。后期的難點將會是變壓器部分。

 

芯片選用BO5269D，這款芯片頻率是65K，我們先用工具來看下需要多大磁芯，因為沒有特殊要求，用EE磁芯來設計這款電源。

 

計算出來是30000立方毫米，這個是參考設計，不是真正的定型，所以我們初選黃色標中的3款磁芯，自己心里面現(xiàn)在對磁芯有個大概的了解了。

然后我們打開反激式算法面，輸入相關參數(shù)，再來看看電路部分，變壓器部分是個大概什么情況，讓自己心里面對這款即將設計的電源有個了解。但是不是按照這個參數(shù)來設計，不然這個產品設計出來都不知道怎么死的。到這里，都是沒什么技術含量的事情，但是卻是整個設計的基礎和宏觀架構。

初級的電解電容是儲能電容，用于在電源工作時提供能量，因此在市電正弦波上升的時候給電容充電，下降沿的時候靠電容給變壓器提供能量。這時候就涉及到一個電容的波谷電壓。電源就是通過這個波谷電壓來選擇電容容量的。

圖1

通過波谷電壓來算電容容量算是設計上的一種習慣，一般波谷電壓取100V電壓溫升不會超過40度（溫升是電容溫度-室溫）。但是也有選擇70V甚至60V的，電容溫度一般都跑到了90度以上（此處不是指溫升）。波谷電壓也是計算變壓器的最小電壓?；旧贤粋€電路電容波谷電壓月底，電容溫升越高。電解電容的壽命現(xiàn)在基本上都按照比標準溫度降低10度，電容壽命增加一倍來估計電解電容壽命。實際工作中用這個方法是可行的。電容的計軟結果：

 

現(xiàn)在用saber來仿真電容的ESR參數(shù)特性，目前只仿出來了電容的ESR濾波特性，先看理想電容的頻率特性：

圖2

[page]
加入電容寄生電感后特性（包含PCB線路所產生的電感，設計時需要考慮），電容濾波就是靠這個特性的。后面會在仿真下數(shù)字電路和電源電路ESR的影響。

圖4

圖5

[page]

 

電解電容的ESR數(shù)電和模電中的特性不多說，直接來說ESR在電源中展現(xiàn)出來的特性。在電源中ESR絕對不是正切值計算出來那么簡單的，展現(xiàn)出來的特性是比較復雜的。還是用saber來把ESR的特性仿真出來。下面的圖中給出理想電容仿真結果，以便對比。理想電容的波形是很漂亮的。

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

圖11

 

圖10是整流二極管的電流特性，圖11是ESR的仿真原理圖，最后總結下ESR特性。

圖12

 

另外，現(xiàn)在有些電源要測試連接電源時的沖擊電流，660uf電容的沖擊電流見圖12，達到了90A，實際做方案的時候需要考慮做開機啟動。

 

通過上面的仿真，總結出來電解電容在電源中特性：

 

二極管給電容充電時的損耗（主要是寄生電阻損耗）：從圖12看出，市電在超過電解電容谷底電壓時充電，充電電流集中在這一段區(qū)域，電流很大，頻率低而且是正弦波，寄生電感可以忽略；

 

mos開啟寄生電阻損耗：這個損耗就是在對變壓器儲能的時候，寄生電阻對電流損耗；

 

mos開啟寄生電感儲能損耗：這個損耗就是在對變壓器儲能的時候，整個回路的電感都會儲能；

 

mos關斷寄生電感能量釋放：這個能量釋放會產生噪音，影響EMC，所以很多電源電解電容旁邊并聯(lián)個麥拉電容吸收這個能量；

 

所以電解電容在電源中叫濾波電容是針對市電而言的，對變換器來講，電容卻變成了一個損耗器件并會產生諧波。關于整流二極管的損耗，這里順便說一下，0.7V是指PN結的門檻電壓，不是指二極管導通的時候總電壓，兩邊的硅半導體依然有其電阻率，所以二極管的電壓是0.7V+I^2R（R為引腳電阻和硅半導體電阻）。因此選用電流更大的二極管其寄生電阻更?。ㄒ驗楣璋雽w寬度變寬）。

 

至于saber的仿真，其實是在仿真例子電源。5V40A做到90%效率難度是高的，所以必須的掌控好電源的每一個細節(jié)才能做到。只要把器件的寄生參數(shù)設計的合理，整個電源的效率在仿真階段就可以檢討了。

 

在對高效率設計不斷地追求過程中，其實更多的是在尋找一種全新的設計手法，重視從實際產品入手，憑借經(jīng)驗逐步進行調試來完成設計。這樣的設計方式比死磕書本和用公式推算來的有效率，并且隨著技術的發(fā)展，在未來將有更多的工具誕生來輔助我們進行設計和定位。