開關(guān)電源電路的案例
開關(guān)電源工作原理及電路圖
交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓進人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
２．單端反激式開關(guān)電源
單端反激式開關(guān)電源的典型電路如圖三所示。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級繞組中儲存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，變壓器Ｔ初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容Ｃ濾波后向負載輸出。
單端反激式開關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負載。
單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200kHz之間。
３．單端正激式開關(guān)電源
單端正激式開關(guān)電源的典型電路如圖四所示。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，VD2也導(dǎo)通，這時電網(wǎng)向負載傳送能量，濾波電感Ｌ儲存能量；當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，電感Ｌ通過續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負載釋放能量。
在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD2，它可以將開關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。為滿足磁芯復(fù)位條件，即磁通建立和復(fù)位時間應(yīng)相等，所以電路中脈沖的占空比不能大于５０％。
展開 干貨｜由一個實例，講到MOS管電源開關(guān)電路的軟啟動
后來同事指點說，解決這個問題需要增加緩啟動電路，也叫軟啟動電路。
同事繼續(xù)解釋道：
這個電路的供電是由一個PMOS控制通斷的，軟啟動的設(shè)計是讓PMOS的導(dǎo)通時間變緩，電路上的做法是在PMOS的柵極和源極之間接一個合適的電容，PMOS的導(dǎo)通時間就會變緩了。
作者聽了同學(xué)的解答之后，在PMOS的柵極和源極之間接了一個電容，發(fā)現(xiàn)開機沖擊電流降下來了。
試了幾個不同容值的電容，對應(yīng)的效果不一樣。最后作者選了一個合適的電容換上去，電池的開機沖擊電流降到了2.6A：
可惜作者在文章中沒有給出具體的原理圖。
不過從作者的描述來看，差不多就是我之前寫過的《帶軟開啟功能的MOS管電源開關(guān)電路》。只是電路參數(shù)有區(qū)別，能通過的電流、能承受的耐壓等不一樣，但是軟啟動的原理是一樣的。
作為上面案例的補充，讓我們重溫一下MOS管電源開關(guān)電路軟啟動的原理。下面用來講解的電路，以5V的電壓為例，一般控制1A左右的電流的通斷，已經(jīng)大批量使用：
▲ 本文要講解的電路
電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，是常用電路之一。
本文要講解的電源開關(guān)電路，是用MOS管實現(xiàn)的，且?guī)? 軟開啟功能，非常經(jīng)典。
既然帶“軟”開啟功能，不妨把這個電路理解為一個“軟”妹紙，讓咱們深入去了解她吧！
一、電路說明
電源開關(guān)電路，尤其是MOS管電源開關(guān)電路，經(jīng)常用在各“功能模塊”電路的電源通斷控制，如下框圖所示：
▲ 框圖中“1個MOS管符號”代表“1個完整的MOS管電源開關(guān)電路”
在設(shè)計時，只要增加一個電容（C1），一個電阻（R2），就可以實現(xiàn)軟開啟（soft start）功能。
展開 干貨 | 教你做好LED開關(guān)電源保護設(shè)計
LED開關(guān)電源過電流保護電路、LED開關(guān)電源過電壓保護電路、LED開關(guān)電源軟啟動保護電路、LED開關(guān)電源過熱保護電路……行內(nèi)人士貢獻幾大實用電路圖，同你做好LED開關(guān)電源的保護設(shè)計。
LED開關(guān)電源過電流保護電路
在直流LED開關(guān)電源電路中，為了保護調(diào)整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一值時，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從 而截止，自動切斷電路電流。如圖1所示，過電流保護電路由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。
電路正常工作時，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于開路)，對穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路)，從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。
圖2：開關(guān)電源輸入過電流保護電路
LED開關(guān)電源過電壓保護電路
直流LED開關(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。
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LED開關(guān)電源過電流保護電路
在直流LED開關(guān)電源電路中，為了保護調(diào)整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一值時，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從 而截止，自動切斷電路電流。如圖1所示，過電流保護電路由三極管BG2 和分壓電阻R4、R5組成。
電路正常工作時，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極電位比發(fā)射極電位高，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于開路)，對穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路)，從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。
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干貨｜開關(guān)電源中的光耦經(jīng)典電路設(shè)計分析
旦高頻變壓器次級負載超載或開關(guān)電路有故障，就沒有光耦電源提供，光耦就控制著開關(guān)電路不能起振，從而保護開關(guān)管不至被擊穿燒毀。
開關(guān)電源電路設(shè)計的坑，這些基礎(chǔ)知識一定要掌握（上）
一、開關(guān)電源的電路組成
開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
開關(guān)電源的電路組成方框圖如下：
二、輸入電路的原理及常見電路
1、AC輸入整流濾波電路原理：
①、防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。
②、輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小（RT1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。③、整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。2、DC輸入濾波電路原理：
①、輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。
②、R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)RT1構(gòu)成回路。當(dāng)C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導(dǎo)通。
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開關(guān)電源的電路組成
開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
開關(guān)電源的電路組成方框圖如下：
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輸入電路的原理及常見電路
1、AC 輸入整流濾波電路原理：
①防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。
②輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對 C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小（RT1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。
③整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。
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一、開關(guān)電源的電路組成
開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
開關(guān)電源的電路組成方框圖如下：
二、輸入電路的原理及常見電路
1、AC輸入整流濾波電路原理：
①、防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進行保護。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護后級電路。
②、輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小（RT1是負溫系數(shù)元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。
③、整流濾波電路：交流電壓經(jīng)BRG1整流后，經(jīng)C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。
2、DC輸入濾波電路原理：
①、輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。C3、C4為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。
②、R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。
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開關(guān)電源的電路組成
開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
開關(guān)電源的電路組成方框圖如下：
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輸入電路的原理及常見電路
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AC 輸入整流濾波電路原理
①防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F(xiàn)1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。
②輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。
展開 升壓型開關(guān)電源教程
因此，我們用一個高頻的方波（Pulse Width Modulated) 來控制開關(guān)的閉合和斷開：
高頻方波控制
通過增加控制方波的占空比，可以加快電容兩端電壓抬升的速度，進而提高輸出電壓。但是, 你如何知道輸出電壓到底是多少呢？課本中可能會看到這個公式（duty cycle 是指占空比）：
不管用的公式
這個公式只在電流很小的時候管用，在實際電路中，輸出電壓輸出電壓和方波占空比、電感的大小、開關(guān)速度、輸出電路等等都相關(guān)。因此，同降壓型（Buck）開關(guān)電源一樣，如果我們希望建立一個真實有用的升壓電源，我們需用一個一站式控制芯片。該芯片可以自動調(diào)節(jié)控制方波的占空比，以確保一個穩(wěn)定的輸出電壓。
一站式解決方案
我們使用凌力爾特（Linear Technology）的 LT1370 這款芯片來制作升壓型開關(guān)電源：
50瓦電源
電源的輸入和輸出端都接入了電解電容和陶瓷電容，以濾除電流中的高頻信號。這是一種開關(guān)電源的常見做法：
濾波電容
為了提高轉(zhuǎn)換效率，我們使用肖特基二極管，正向壓降越低越好：
肖特基二極管
下面是可提供最大輸出為 30 伏的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)：
反饋電阻
Vout 在可調(diào)電阻為最大值（10k）時最大:
下面是一些新花樣，這些器件用于控制回路頻率補償，基本上，它們幫助控制器適應(yīng)輸出電壓的微小變化，以輸出干凈的直流電:
頻率補償
學(xué)習(xí)如何設(shè)計補償電路需要大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算和控制理論知識，本文不做討論。好消息是，大多數(shù)時候您只需使用芯片數(shù)據(jù)表（datasheet）中的推薦值，您的電路就會跑起來。
穩(wěn)定回路的方法
焊起來
從把帶有散熱片的主控芯片焊接到洞洞板的中間開始，周圍留下足夠空間，以放置其他器件。
展開 五類經(jīng)典電源電路詳解：穩(wěn)壓、開關(guān)、DC/DC、充電、恒流...
PWM開關(guān)電源集成控制IC-UC3842
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TOP224P構(gòu)成的12V、20W開關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路
由TOP224P構(gòu)成的12V、20W開關(guān)直流穩(wěn)壓電源電路如圖所示。
電路中使用兩片集成電路：TOP224P型三端單片開關(guān)電源(IC1)，PC817A型線性光耦合器 (IC2)。交流電源經(jīng)過UR和Cl整流濾波后產(chǎn)生直流高壓Ui，給高頻變壓器T的一次繞組供電。
VDz1和VD1能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值， 并能衰減振鈴電壓。VDz1采用反向擊穿電壓為200V的P6KE200型瞬態(tài)電壓抑制器，VDl選用1A/600V的UF4005型超快恢復(fù)二極管。
二次繞組電壓通過V砬、C2、Ll和C3整流濾波，獲得12V輸出電壓Uo。Uo值是由VDz2穩(wěn)定電壓Uz2、光耦中LED的正向壓降UF、R1上的壓降 這三者之和來設(shè)定的。
改變高頻變壓器的匝數(shù)比和VDz2的穩(wěn)壓值，還可獲得其他輸出電壓值。R2和VDz2五還為12V輸出提供一個假負載，用以提高輕載 時的負載調(diào)整率。反饋繞組電壓經(jīng)VD3和C4整流濾波后，供給TOP224P所需偏壓。由R2和VDz2來調(diào)節(jié)控制端電流，通過改變輸出占空比達到穩(wěn)壓目的。
共模扼流圈L2能減小由一次繞組接D端的高壓開關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C7為保護電容，用于濾掉由一次、二次繞組耦合電容引起的干擾。C6可減 小由一次繞組電流的基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流。C5不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定自啟動頻率，它還與R1、R3一起對控制回路進行補償。
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干貨｜高頻電路不穩(wěn)定？教你從零實戰(zhàn)小功率開關(guān)電源設(shè)計
本文以實用小型電源的設(shè)計為例，說明電源設(shè)計的方法。控制電路形式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器的特性。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態(tài)響應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預(yù)料，整個電路的穩(wěn)定性、運行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
01
電源設(shè)計指標(biāo)
小型電源輸入、 輸出參數(shù)如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
02
電路結(jié)構(gòu)的選擇
小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低。
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本章節(jié)以實用小型電源的設(shè)計為例，說明電源設(shè)計的方法。控制電路形式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器的特性。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態(tài)響應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，對磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計的要求也會越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預(yù)料，整個電路的穩(wěn)定性、運行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85 kHz。
01
電源設(shè)計指標(biāo)
小型電源輸入、 輸出參數(shù)如下：
輸入電壓：AC 110/220 V；
輸入電壓變動范圍：90～240 V；
輸入頻率：50/60 Hz；
輸出電壓：12 V；
輸出電流：2.5 A。
02
電路結(jié)構(gòu)的選擇
小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，使電源結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，成本低。
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與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易適應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構(gòu)成的單端正激式開關(guān)電源的主電路如圖6-1所示。
圖6-1 單端正激式開關(guān)電源的主電路
單端正激式開關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵磁電路的能量。在圖6-1中，開關(guān)管VT導(dǎo)通時V1導(dǎo)通，副邊線圈N2向負載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關(guān)斷時V1截止，V4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842⑦腳供電，同時原邊線圈N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場能量可通過N3泄放，而不像一般的RC D磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，因此可達到減少發(fā)熱，提高效率的目的。
03
元件設(shè)計
1) 變壓器和輸出電感的設(shè)計
依據(jù)UC3842應(yīng)用方式，選定定時電阻RT＝1.8 kΩ，定時電容CT＝10 μF。確定開關(guān)頻率f＝85 kHz，周期T＝11.8 μs。
設(shè)計單端控制開關(guān)電源時，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D＝0.5，則：
根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13 cm2，磁路有效長度l＝6.4 cm，飽和磁通密度BS＝0.4 T。取變壓器最大工作磁感應(yīng)強度Bmax ＝ BS/3≈0.133 T，則電感系數(shù)A為：
變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為：
式中，Ui為最小直流輸入電壓。
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