広範囲入力電圧、24V 3A出力のフライバックスイッチング電源をオープンソース化。この72W設計はピーク効率87.4%を達成し、UC3842コントローラチップと同期整流（UCC24612-1DB）をベースとしています。回路およびトランスパラメータの完全な計算プロセス、回路図、PCB、PSIMシミュレーションモデル、トランス製造仕様などが含まれます。
はじめに
これは私が初めて設計したフライバック電源です。専門家の皆様からのフィードバックや改善提案を歓迎します。
- フライバック電源パラメータ計算・部品選定、フライバックトランス計算・巻線チュートリアル: https://blog.zeruns.com/archives/909.html
- 磁性部品/コア材料/コア構造の分析・比較・選定ガイド: https://blog.zeruns.com/archives/897.html
追記：現在求職中です。広州、仏山、深センで採用予定の企業様がございましたら、ご検討ください。OSHWHubホームページで私のオープンソースプロジェクトをご覧ください: https://oshwhub.com/zeruns/works
プロジェクト動画デモ・設計プロセス動画: https://www.bilibili.com/video/BV1ES4GzQE19/
OSHWHub オープンソースリンク: https://oshwhub.com/zeruns/24v3a-Flyback-Power-Supply-uc384x
電子機器/MCU技術討論QQグループ: 2169025065
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警告: スイッチング電源の製作は危険を伴います。本設計の回路、パラメータ、公式の正確性は保証されません。本プロジェクトを複製または参照する場合、すべてのリスクはご自身でご負担ください。
小ロット（20個）の概算平均コストは約25元（PCBおよびトランスを除く、LCSCモールの部品価格に基づく）。PCBおよびトランスを含めても総コストは50元を超えない見込みです。
設計仕様
| パラメータ | 値 |
|---|---|
| 定格入力電圧 V_{acnom} | 220VAC |
| 最小入力電圧 V_{acmin} | 85VAC |
| 最大入力電圧 V_{acmax} | 265VAC |
| 入力周波数 f_L | 50Hz |
| 出力電圧 V_{out} | 24V |
| 出力電流 I_{out} | 3A |
| 動作周波数 f_s | 150kHz |
| 目標効率 η | 85% |
PCB寸法: 100x55mm
PCB仕様: 二層基板、表層はスルーホール部品、裏層はSMD部品。
実物写真
下記写真は第2バージョンです。
下記写真は問題がありMOSFETが破損しやすかった第1バージョンです。上記の第2バージョンで問題は修正されました。
高周波トランス:
動作テストおよび性能測定
初通電テスト
初通電テストでは、短絡時の部品破損を防ぐため直列に電球を接続します。テストにより正常動作が確認され、出力電圧は24.1Vでした（下記写真は0.9A負荷時のテストを示しています）。
直列電球の目的: 電流制限保護効果を利用することです。正常時は電球の抵抗が低く電圧降下が小さく、点灯または微点灯で電源テストに影響しません。電源内部で短絡が発生すると回路電流が急増します。固定抵抗を持つ電球は大部分の電圧を降下させ、過大電流を制限し、部品の焼損を防ぎ保護します。
スイッチング電源メンテナンス保護ソケット: https://s.click.taobao.com/OiMyz3q
DC入力でのテストも可能です。60V DC入力でテストしたところ、正常に起動し24V出力しました。ただし、200kΩの起動抵抗（R24+R16）を100kΩに変更する必要があります（片方を短絡）。元の抵抗値が高すぎ低電圧で起動できませんでした。
変換効率テスト
使用テスト機器:
- ジュウェイ電力計: https://u.jd.com/0gXabte
- ジュウェイ電子負荷: https://s.click.taobao.com/DvbzQ4q
測定データ:
| 入力電圧 (V) | 入力電流 (A) | 入力皮相電力 (W) | 入力有効電力 (W) | 出力電圧 (V) | 出力電流 (A) | 出力電力 (W) | 効率 (%) | 力率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 219.85 | 0.029 | 6.38 | 2.10 | 24.13 | 0.00 | — | — | 0.33 |
| 219.83 | 0.251 | 55.18 | 28.69 | 24.10 | 1.00 | 24.10 | 83.99 | 0.52 |
| 219.59 | 0.438 | 96.18 | 55.78 | 24.07 | 2.00 | 48.14 | 86.30 | 0.58 |
| 219.65 | 0.637 | 139.92 | 82.55 | 24.05 | 3.00 | 72.15 | 87.40 | 0.59 |
| 111.55 | 0.036 | 4.02 | 1.81 | 24.13 | 0.00 | — | — | 0.45 |
| 111.13 | 0.406 | 45.12 | 28.88 | 24.10 | 1.00 | 24.10 | 83.46 | 0.64 |
| 110.89 | 0.753 | 83.50 | 56.78 | 24.06 | 2.00 | 48.12 | 84.75 | 0.68 |
| 110.58 | 1.097 | 121.31 | 84.91 | 24.00 | 3.00 | 72.00 | 84.79 | 0.70 |
**測定された最高効率は87.4%**です。最小無負荷消費電力は1.81Wで、やや高めです。
上記データは同期整流ではなくダイオード整流を使用して測定しました。これは私が選択した同期整流用MOSFETのオン抵抗がやや高かったため、効率がやや低下したためです。テスト用に優れたMOSFETに交換することをおすすめします。耐圧は200V以上が望ましいです（同期整流側にR9とC8として20Ω抵抗と2.2nFコンデンサをはんだ付けする場合、150V耐圧のMOSFETも検討可能です）。
出力電圧リップル試験
使用したオシロスコープはRigol DHO914Sです: https://blog.zeruns.com/archives/764.html
試験中、オシロスコーププローブは約15cmの長さの出力線にクリップされました。グラウンドスプリングは使用せず、出力コンデンサに直接プローブを接続しなかったため、測定された出力電圧リップルはやや高めに表示されている可能性があります。
無負荷リップルはピークtoピーク値で約730mVです。リップル周波数は138.96kHzで、スイッチング周波数に近い値です。
3A負荷時のリップルはピークtoピーク値で約562.08mVです。
MOSFET波形
一次側スイッチングMOSFETのゲート-ソース(GS)およびドレイン-ソース(DS)電圧波形（AC入力220V、24V出力で1A負荷時）。黄色の波形はゲートとソース間電圧、青色の波形はドレインとソース間電圧です。
図からわかるように、MOSFETをオフした際の最大ドレイン電圧スパイクは約440Vです（直列に電球を接続しており、直接接続モードに切り替えるのを忘れました。そのため、電源の入力電圧はおそらく100Vをわずかに超えており、測定電圧は比較的低めに表示されています）。
ゲート電圧波形の拡大図。
出力整流ダイオード波形
60V DC入力、24V無負荷出力時の出力整流ダイオードに発生する電圧波形を示します。電圧スパイクは最大で約56Vに達します。（ダイオードにR9とC8として20Ω抵抗と2.2nFコンデンサをはんだ付けした後、電圧スパイクは42Vに低下します）。
60V DC入力、24V 1A出力時の出力整流ダイオードに発生する電圧波形を示します。電圧スパイクは最大で約190Vに達します。（ダイオードにR9とC8として20Ω抵抗と2.2nFコンデンサをはんだ付けした後、電圧スパイクは81Vに低下します）。
無負荷起動時の出力電圧波形
60V DC入力、24V無負荷出力時の出力電圧波形です。電圧が0Vから24Vに上昇するまでの時間は7ミリ秒です。
熱性能
無負荷時の電源底面の熱画像。最も高温になるのは起動抵抗で、約60°C（周囲温度約25°C）。一次側MOSFETは約48°Cです。
3A負荷時の電源底面の熱画像。最も高温になるのは一次側MOSFETまたはRCDスナバ回路の抵抗で、温度は88°Cを超えます（周囲温度約26°C）。二次側整流ダイオードもおそらく60°C以上です。
フル負荷時の温度はやや高めです。長時間のフル負荷運転には一次側スイッチングトランジスタにヒートシンクを装着するか、筐体に熱を伝導させるためのポッティングが必要です！
部品購入リンク
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LCSCのオープンソースリンクのBOMセクションで「今すぐ注文」ボタンをクリックすると、必要なすべての部品をワンクリックでショッピングカートにインポートできます。
回路図
プリント基板（PCB）
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ダウンロードリンク
以下のリンクにはJLCEDAプロジェクトファイル、回路図PDF、基板製造用のGerberファイル、SMPS Design Tool SMPSKit、フライバックトランス計算シート(Mathcad)、シルクスクリーン図、トランス仕様書、各種チップのデータシート、PSIMシミュレーションモデル、ボード線図Matlabコード、その他の参考資料・文書が含まれています。（一部の資料はインターネットから収集されたものです）
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