12V-7A 交流转直流反激式开关电源设计

[导读]任何电子设备最重要的部分都是电源单元。此部分的任何不稳定或故障都会导致设备停止运行或出现异常行为。在这篇文章中，我介绍了一种交流转直流反激式开关电源，可将 180V-260VAC 转换为 12VDC，可用于各种应用。

任何电子设备最重要的部分都是电源单元。此部分的任何不稳定或故障都会导致设备停止运行或出现异常行为。在这篇文章中，我介绍了一种交流转直流反激式开关电源，可将 180V-260VAC 转换为 12VDC，可用于各种应用。

该电源的最大输出功率为 84W，这意味着它可以在 12V 输出下连续处理 7A。变压器可以提供更高的电流，但是，考虑到教学目的(变压器的手动绕线)和开关控制器上的热应力(控制器 MOSFET 的峰值电流在 7A 时约为 2.3A)。控制器芯片是 KA1M0565，它在变压器上使用 470K 启动电阻和小型辅助绕组。变压器的铁氧体磁芯是 ER28-17-11，开关频率为 67KHz。电位器允许用户精确调整输出电压并将其设置为 12V。

为了设计原理图和 PCB，我使用了 Altium Designer 24 和 Octopart 网站来快速收集必要的组件信息并生成 BOM。我使用 Siglent SDL1020X-E DC Load 和 Siglent SDS2102X Plus 示波器来测试电路板的电压降、电流输送和输出噪声。在最大输出电流下，输出电压降仅为 40mV 左右。

电路分析

图1为该装置的原理图，电路的核心及开关控制器为KA1M0565芯片1。

图 1：12V -7A 交流转直流反激式开关电源原理图

P1为交流输入端(KF127)。F1为1A 250V-AC保险丝，用于保护电路。R1为10D516K压敏电阻2，用于保护电路免受瞬变和电压尖峰的影响。C2和C3为100nF-275VAC3电容，T1为10mH共模电感，用于降低交流电压噪声。BR1为DB107G桥式整流桥，用于对交流电压4进行整流，C1为100uF-400V电容，用于降低电压纹波。

D3、R2 和 C5 构成缓冲电路，以抑制初级绕组电压尖峰。D3 应为慢速二极管，例如 FR207 5。R4为 IC1 提供初始(启动)电流。启动后，变压器的辅助绕组为 IC1 供电。D2、R5 和 C10 整流辅助绕组的电压，D4 保护 IC1 免受过压影响。

IC1 是 KA1M0565 开关控制器。根据数据表：“Fairchild 功率开关 (FPS) 产品系列专为离线 SMPS 设计，外部元件极少。Fairchild 功率开关 (FPS) 由高压功率 SenseFET 和电流模式 PWM 控制器 IC 组成。PWM 控制器具有集成固定振荡器、欠压锁定、前沿消隐、优化的栅极开启/关闭驱动器、热关断保护、过压保护、用于环路补偿的温度补偿精密电流源和故障保护电路。与分立 MOSFET 和控制器或 RCC 开关转换器解决方案相比，Fairchild 功率开关 (FPS) 可以减少总元件数量、设计尺寸和重量，同时提高效率、生产力和系统可靠性。它有一个基本平台，非常适合反激式或正激式转换器中的经济高效的设计。”

OP1 是 PC817 光耦合器6，它在初级和输出接地点之间提供电流隔离，并为 IC1 提供反馈路径以感测输出电压(使用 Reg1)并对其进行调节。D1 是 2 针 MBR20100 7肖特基二极管，用于整流输出电压。C6…C9 和 L1 是滤波元件，用于降低输出电压。R3 是 25mA 假负载，用于稳定输出电压。D5 是一个 5mm 黄色 LED，用于指示输出电压的存在，从而确认电源的真实运行。

变压器

您应该按照以下说明准备材料并绕制变压器：

A. 铁氧体磁芯：ER28-17-11(例如：B66433 磁芯，TDK)

B. 骨架：6+6，水平(图 2)[8]

C. 初级绕组(引脚 1 至引脚 3)：56 圈 0.5mm * 1 线(电感：568uH)

D. 辅助绕组(引脚 5 至引脚 6)：9 圈 0.3mm * 1 线

E. 输出绕组：(引脚 7、8、9 至引脚 10、11、12)：5 圈 0.5mm * 10 线(10 线并联)

图 2：ER28-17-11 铁氧体磁芯选定的线轴

首先顺时针或逆时针缠绕初级线圈。然后将铁氧体磁芯放到位(在线圈架中)，并使用 LCR 表测量初级线圈的电感。如果您可以在 LCR 表上选择测量频率，则最佳频率为 67KHz(变压器的开关频率)，否则，将其设置为 40KHz。研磨铁氧体磁芯的中间脚(图 3)，然后测量初级线圈的电感，直到测量值接近 568uH。较小的公差是可以接受的，不会造成问题(例如 580uH 或 550uH)。

图 3：铁氧体磁芯中柱的间隙

剩下的工作很简单。按照图 4 所示缠绕辅助和次级窗口。辅助和次级绕组的旋转方向必须遵循初级绕组。还要注意点或起点。

图 4：变压器和绕组方向

L1 电感

L1 电感器的铁氧体磁芯为 Micrometals 的 T80-26B(图 5)。磁芯的外径为 20.3 毫米，内径为 12.6 毫米，环的高度为 6.3 毫米。您应该使用两根并联的 0.8 毫米导线(0.8 毫米 * 2)并绕 20 圈，但圈数并不重要。此电感器用于降噪，因此您可以使用其他磁芯和导线，只要磁芯适合电路板且在最大电流下不会饱和即可。