1设计要求

反激式DC-DC变换器是一种常见的电力电子变换拓扑，广泛应用于电源、充电器等领域。本次实验旨在设计一款额定功率5W的反激式DC-DC变换器，输入电压为220V交流，输出电压为15V，输出电压误差须控制在±0.2V以内。

设计需采用TOP227芯片，设计主电路拓扑并绘制结构图说明各元件作用;计算变压器初级次级线圈匝数及工作频率等参数;推导系统闭环传递函数并分析稳定性;使用PSIM软件进行电路仿真分析输入输出电压效率等指标;最后搭建实验电路并测试，将实测结果与设计指标进行对比分析。

在主电路拓扑设计方面，需要仔细分析TOP227芯片的工作原理，合理选择开关管、二极管、电容等元件，并正确连接各部分电路，以确保输出电压满足要求。在变压器参数设计方面，需要考虑输入电压、输出电压、额定功率等因素，计算出初级和次级绕组的匝数，同时确定变压器的工作频率。在闭环稳定性分析方面，需要建立系统的数学模型，推导出闭环传递函数，并采用根轨迹法或伯德图法等方法分析系统的稳定性。在电路仿真验证方面，利用PSIM软件搭建反激式DC-DC变换器电路模型，对各项性能指标进行仿真分析，以验证设计方案的可行性。需要根据设计方案搭建实验电路，并对输入电压、输出电压、输出功率等指标进行测试，与设计指标进行对比分析，确保产品满足设计要求。

整个设计过程需要综合运用电力电子、控制、仿真等多个学科的知识，确保最终产品满足设计要求。通过本次实验，可以深入理解反激式DC-DC变换器的工作原理，掌握设计、仿真及实验验证的完整流程，为今后从事相关工作奠定坚实的基础。

2设计过程

2.1电路设计

TOP反激式开关电源有详细的文档介绍，其本身功能已经相当完备，只需要反激式开关电源有详细的文档介绍，在其芯片的基础上设计外围辅助电路即可。这里选用 TOPSwitch系列的TOP227YN芯片，外围电路设计图如图所示。

2.1.1整流滤波部分

输入电压为220V的正弦交流电，变化频率为50Hz，根据国标GB/T 31464-2022电网运行准则，输入市电的变化范围为±5%，输入后的正弦交流电首先通过C1的电容进行输入滤波，最后通过L2部分的共模电感，主要滤除共模噪声并起到隔离作用，经过整流桥后形成“馒头波”半波信号，经过并联的C1电阻将输出电压信号整型平滑，由“馒头波”变为平滑的波形。

2.1.2反激原边控制部分

这部分由TOP227YN和变压器原边组成，肖特基二极管和快速恢复二极管负责消除TOP227快速开关时候在变压原边侧产生的尖峰信号，当尖峰信号出现时候，吸收电路可以消除掉这个尖峰。

2.1.2反激副边输出部分

反激电源的输出首先通过快恢复二极管，二极管可以使得电压方向为上正下负，起到了整流的作用，同时由于原边的快速开端，副边上也会感应出高频电压，并且电压也同样存在毛刺，因此需要高频快恢复高耐压的肖特基二极管。副边电源的输出经过了CLC网络，第一个电容主要负责储能的作用，将方波电源整型平滑，后置的LC网路主要起到了滤波的作用

2.1.2反激反馈部分

反馈网络主要又反馈线圈绕组和TL431构成。反馈的电压信号通过输出网络取得，输出电压信号取得之后，通过与TL431中的基准电压信号进行比较，在控制中形成偏差信号，这个偏差信号会被TL431转换成变换的电流信号，变化的电流信号作用于光耦，光耦起到了高压和低压的隔离作用，当光耦二极管一侧的电流发生变化时，三极管一侧也会产生变化的电流信号，而TOPYN为电流型控制元件，控制的PWM占空比与输入控制端的电流相关，至此，一个反馈网络初步形成。

反馈回路中的其他阻容主要起到了滤波的作用。

2.2.3反激电源能量传输原理

在TOP227芯片中,当MOSFET功率管导通时,其两端的电压加到高频变压器的初级绕组上，这样会使初级绕组中的电流随之增加，此时变压器的副边绕组产生的反向感应电动势,由于二极管的作用而被截止,导致副边电流为零。这样变压器就会以磁能的形式储存能量。当MOSFET功率管关断时,变压器左侧的电流受到稳压管的阻止而截止到零。这时,变压器先前储存的磁能就会以电能的形式释放出来,充电到右侧绕组的电容上,最终将能量传输到负载端。

2.2参数计算

当控制最大占空比为0.35时，需要的控制电流大概为3mA，根据下图所示的PC817A光耦电流转换率可以计算出，需要PC817A的控制级输入4mA左右的控制电流，计算得到分压电阻的阻值为2.6KΩ。

同理，输出的两个反馈电阻需要从输出端分得一个2.5V的压降，取下侧电阻为10K，则上侧电阻为50K。

3仿真分析

  由于PSIM中不存在TOP227元件，故采用PI调节生成占空比的方式来产生一个10^5Hz占空比可调的方波，仿真电路图如下图所示。

图 7 输出电压纹波大小

4实验分析

  根据上述理论计算的各种参数，选取合适的肖特基二极管以及电容，PCB原理图如下图所示。

由于电流较小，考虑设计双面板并选择50mil的导线宽度。

5成品图

6注意事项

1、TOP22X系列的关系均可以使用，只是封装和功率的区别。

2、TOP227假货很多，拆机件会靠谱一些。

3、变压器的绕制可以参考：变压器缠绕：【超详细的高频变压器“三明治”夹层绕制法，必看！-哔哩哔哩】 https://b23.tv/RzcwH7V

4、变压器的EE需要进行气隙的磨制，E的中端需要磨制缩短。

5、个人建议，若是BIT的同学，可以到中发电子市场配齐所有元器件变压器铜线，地址在海淀医院中关村大厦那边。

愿大家不被困难而且复杂的课设耽搁时间！