參賽類型：開關電源
本帖介紹一種特定需求的開關電源
本開關電源適用于以下2種產品：
1. 多單元串聯型高壓變頻器中，功率單元的輔助電源（高壓取能電源）
2. 大功率并網光伏匯流箱輔助電源
主要技術指標：
1. 輸入工作電壓：DC200 — 1300V
2. 啟動電壓：DC300V
3. 輸出：DC24V，20W
4. 工作環境溫度：-25 — +
【設計大賽】高電壓輸入，小功率電源
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MOS管好買嗎？本設計始于十年之前，最初是用于多單元串聯型高壓變頻器中功率單元的輔助電源，十年來已被多家制造高壓變頻器的公司抄襲，最近，聽說連“臺達”也在抄襲。因此，為支持電源網的大賽，特此公開發布。
本設計已經歷了10年的應用考驗，可靠性極好。
該電源的第一版設計，輸出功率30W。后發現高壓變頻器中功率單元的輔助電源只需要10W就夠用了。三年前，又要設計光伏匯流箱輔助電源，額定功率20W（實際使用大約只有10W），因此，設計了第二版，高壓變頻器和光伏通用版，也就是現在公開的設計，比第一版大大的縮小了體積，PCB上的絕緣距離小了，所以，這一版是需要灌封的。
本設計單看原理拓撲似乎無任何新意，是一個最經典最普通的單端反激電路。是的，本設計的關鍵不在原理拓撲，而在器件的選用，工作模式（DCM）的選擇，關鍵參數的設計及變壓器工藝設計。下面會對這些問題一一講解。
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@世界真奇妙
本設計始于十年之前，最初是用于多單元串聯型高壓變頻器中功率單元的輔助電源，十年來已被多家制造高壓變頻器的公司抄襲，最近，聽說連“臺達”也在抄襲。因此，為支持電源網的大賽，特此公開發布。本設計已經歷了10年的應用考驗，可靠性極好。該電源的第一版設計，輸出功率30W。后發現高壓變頻器中功率單元的輔助電源只需要10W就夠用了。三年前，又要設計光伏匯流箱輔助電源，額定功率20W（實際使用大約只有10W），因此，設計了第二版，高壓變頻器和光伏通用版，也就是現在公開的設計，比第一版大大的縮小了體積，PCB上的絕緣距離小了，所以，這一版是需要灌封的。 本設計單看原理拓撲似乎無任何新意，是一個最經典最普通的單端反激電路。是的，本設計的關鍵不在原理拓撲，而在器件的選用，工作模式（DCM）的選擇，關鍵參數的設計及變壓器工藝設計。下面會對這些問題一一講解。
關注一下變壓器怎么設計的。波形怎么看？示波器能看不？
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首先說說器件的選用
該電源設計的首要問題是選擇耐壓足夠高的主功率管，IXYS的IXBH5N160G（5.7A，1600V）是BIMOSFET類器件，這類器件的特點是高耐壓，開關速度在MOSFET和IGBT之間。實測其耐壓均高于1900V，有較大額外的耐壓余量。一般MOSFET額外的耐壓余量都很小。這是我們在選擇器件時必須注意的問題。由于IXBH5N160G有300V以上額外的耐壓余量，因此在設計電源時，其額定耐壓1600V可以滿打滿算使用。
其次，該電源在光伏中應用時，要求供電電壓低于250V時不能啟動，啟動電壓要在300V左右。為了減小高電壓供電時啟動電阻的功耗，選擇了低啟動電流的SG3842G，在啟動電阻回路里串聯了一只TVS（P6KE250A），使電源供電低于250V時不能啟動。
IXBH5N160G是德國IXYS公司的產品，由于國內在高壓變頻器中大量使用，代理商備有現貨。容易采購。
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@世界真奇妙
首先說說器件的選用該電源設計的首要問題是選擇耐壓足夠高的主功率管，IXYS的IXBH5N160G（5.7A，1600V）是BIMOSFET類器件，這類器件的特點是高耐壓，開關速度在MOSFET和IGBT之間。實測其耐壓均高于1900V，有較大額外的耐壓余量。一般MOSFET額外的耐壓余量都很小。這是我們在選擇器件時必須注意的問題。由于IXBH5N160G有300V以上額外的耐壓余量，因此在設計電源時，其額定耐壓1600V可以滿打滿算使用。其次，該電源在光伏中應用時，要求供電電壓低于250V時不能啟動，啟動電壓要在300V左右。為了減小高電壓供電時啟動電阻的功耗，選擇了低啟動電流的SG3842G，在啟動電阻回路里串聯了一只TVS（P6KE250A），使電源供電低于250V時不能啟動。[圖片]IXB_5N160G IXBH5N160G是德國IXYS公司的產品，由于國內在高壓變頻器中大量使用，代理商備有現貨。容易采購。
如果功率拓展到100W，有沒有可靠方案
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@mko145
既然電路是普通的單端反激電路，也就不好說別人抄襲。該電路的優點是線路簡單（相比雙管反激），可靠性當然也就不會差。由于功率小，所以效率低些也不太在意。沒有必要一定用復雜的雙管反激的拓撲，這是設計者在均衡各方面因素后的選擇。樓主可能是第一個這樣選擇的。但是，別的工程師作出同樣的選擇，也是合情合理的。至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強，我們經常會看到別人用什么管子而也選用同樣的器件。多人用的器件，價錢和供貨都會相對較好。工作模式的選擇，也是常識性的東西。10-20W的小功率高壓輸入的電源，相信很多人都得會選擇DCM模式。這也談不上什么抄襲~
“至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強”
本人從來沒有說過器件的選用是一種專利，營長不要強加于人。
我的一個朋友看到，臺達的PCB板的布局和我第一版的完全一模一樣，難道不是抄襲嗎？
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@mko145
既然電路是普通的單端反激電路，也就不好說別人抄襲。該電路的優點是線路簡單（相比雙管反激），可靠性當然也就不會差。由于功率小，所以效率低些也不太在意。沒有必要一定用復雜的雙管反激的拓撲，這是設計者在均衡各方面因素后的選擇。樓主可能是第一個這樣選擇的。但是，別的工程師作出同樣的選擇，也是合情合理的。至于器件的選用稱其為一種專利未免有些牽強，我們經常會看到別人用什么管子而也選用同樣的器件。多人用的器件，價錢和供貨都會相對較好。工作模式的選擇，也是常識性的東西。10-20W的小功率高壓輸入的電源，相信很多人都得會選擇DCM模式。這也談不上什么抄襲~
看起來mko145習慣于抄襲
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主功率管耐壓1600V，供電電壓最高1300V，只有300V的差額。初步考慮
主功率管反壓≤1300V+120V（反射電壓）+80V（電壓尖峰）
設計主要參數如下：
變壓器：EFD25磁芯，臥式10針骨架，初級180T，電感量5毫亨，次級40T。三明治繞法。
工作頻率：約30K，周期33微秒
IXBH5N160G發射極電流取樣電阻1.8歐姆，峰值電流0.56A
反射電壓計算：
次級V/T（每匝電壓） =（24V（輸出電壓）+1V（D7壓降））/40T = 0.625V/T
反射電壓 = 0.625V *180 = 112.5V
輸出整流二極管最高反向電壓 =（1300V/180T）*40T+24V = 313V
考慮電壓尖峰，實際反向電壓約450—500V，應該選用耐壓大于500V的二極管，實際選用MUR460（4A，600V）
做過CCM工作模式PFC的人都知道，BOOST升壓的超快二極管發熱很嚴重，主要是二極管的反向恢復時間引起的。而工作在DCM臨界模式的PFC，BOOST升壓的超快二極管，基本無反向恢復時間引起的發熱問題，輸出功率≤400W時，可使用不加散熱器的MUR460。
因此本電源的設計，輸出整流管應工作在DCM模式。
當輸入電壓很低時，將進入CCM工作模式，此時輸出整流管承受的反向電壓也大大降低，二極管因反向恢復時間的發熱也會大大降低，因此可以工作在CCM模式。
設供電電壓400V，二極管承受的反向電壓=（400/180）*40+24=113V，可以作為DCM與CCM工作模式的臨界點。
下面根據這一設計思路計算一下工作模式
變壓器儲能（主功率管導通）時間=0.56A/（400V/5000微亨）=7微秒
變壓器初級每匝電壓=400V/180T=2.222V/T
變壓器釋放儲能（整流二極管導通）時，變壓器次級每匝電壓=（24+1V）/40T=0.625V/T
根據伏秒平衡原理，變壓器釋放儲能時間=7微秒*（2.22/0.625）=24.9微秒
一個工作周期時間=7+24.9=31.9微秒＜33微秒。滿足作為DCM與CCM工作模式的臨界點要求。
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@世界真奇妙
主功率管耐壓1600V，供電電壓最高1300V，只有300V的差額。初步考慮主功率管反壓≤1300V+120V（反射電壓）+80V（電壓尖峰）設計主要參數如下：變壓器：EFD25磁芯，臥式10針骨架，初級180T，電感量5毫亨，次級40T。三明治繞法。工作頻率：約30K，周期33微秒IXBH5N160G發射極電流取樣電阻1.8歐姆，峰值電流0.56A 反射電壓計算：次級V/T（每匝電壓）=（24V（輸出電壓）+1V（D7壓降））/40T=0.625V/T反射電壓=0.625V*180=112.5V 輸出整流二極管最高反向電壓=（1300V/180T）*40T+24V=313V考慮電壓尖峰，實際反向電壓約450—500V，應該選用耐壓大于500V的二極管，實際選用MUR460（4A，600V） 做過CCM工作模式PFC的人都知道，BOOST升壓的超快二極管發熱很嚴重，主要是二極管的反向恢復時間引起的。而工作在DCM臨界模式的PFC，BOOST升壓的超快二極管，基本無反向恢復時間引起的發熱問題，輸出功率≤400W時，可使用不加散熱器的MUR460。因此本電源的設計，輸出整流管應工作在DCM模式。當輸入電壓很低時，將進入CCM工作模式，此時輸出整流管承受的反向電壓也大大降低，二極管因反向恢復時間的發熱也會大大降低，因此可以工作在CCM模式。設供電電壓400V，二極管承受的反向電壓=（400/180）*40+24=113V，可以作為DCM與CCM工作模式的臨界點。 下面根據這一設計思路計算一下工作模式變壓器儲能（主功率管導通）時間=0.56A/（400V/5000微亨）=7微秒變壓器初級每匝電壓=400V/180T=2.222V/T變壓器釋放儲能（整流二極管導通）時，變壓器次級每匝電壓=（24+1V）/40T=0.625V/T根據伏秒平衡原理，變壓器釋放儲能時間=7微秒*（2.22/0.625）=24.9微秒一個工作周期時間=7+24.9=31.9微秒＜33微秒。滿足作為DCM與CCM工作模式的臨界點要求。
看上去沒有什么新意，都是采用很常用的器件和方案，但真要把他做好還真不容易。主要是在輸入到1000V 以上時的初級PCB布線安規問題 變壓器的耐壓 以及做好后的測試問題。樓主詳細講解這些問題是如何解決的
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