オープンソース：広範囲の入力電圧対応、24V3A出力のフライバック方式スイッチング電源（72W出力、最大効率87.4%）。UC3842チップベース、同期整流（UCC24612-1DB）を採用。回路設計およびトランスのパラメータ計算プロセス、回路図、PCB、PSIMシミュレーションモデル、トランス製作仕様書などすべて含まれています。
はじめに
初めてフライバック電源を設計しました。改善点や誤りがあれば、皆さまのご指摘をお願いいたします。
- フライバック電源のパラメータ計算と部品選定、トランス計算および巻線方法のチュートリアル：https://blog.zeruns.com/archives/909.html
- 磁性部品／磁心材料／磁心構造の分析比較および選定ガイド：https://blog.zeruns.com/archives/897.html
ついでに転職活動も兼ねて、広州／仏山／深センで採用をご検討いただける企業の方、ぜひご検討ください。私の立創オープンハードウェアプラットフォームのページで他のオープンプロジェクトもご覧いただけます：https://oshwhub.com/zeruns/works
本プロジェクトの動画デモ： https://www.bilibili.com/video/BV1ES4GzQE19/
立創オープンハードウェアプラットフォームでの公開リンク： https://oshwhub.com/zeruns/24v3a-Flyback-Power-Supply-uc384x
電子回路／マイコン技術交流QQグループ： 2169025065
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警告：スイッチング電源の製作には高い危険性があります。本設計におけるすべての回路、パラメータ、数式の正確性について保証するものではありません。本作品の複製または参考利用は、すべて自己責任で行ってください。
小量生産（20セット）の場合、予想単価は約25元（PCBおよびトランス除く。立創商城の部品価格を使用）です。PCBおよびトランスを含めても50元以下になる見込みです。
設計仕様
| パラメータ | 値 |
|---|---|
| 定格入力電圧 V_{acnom} | 220VAC |
| 最低入力電圧 V_{acmin} | 85VAC |
| 最高出力電圧 V_{acmax} | 265VAC |
| 電源周波数 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 |
| 設計効率 η | 85% |
PCBサイズ：100×55mm
PCB仕様：2層基板、トップ面にスルーホール部品、ボトム面に表面実装部品
実物写真
下記は第2版です：
下記は第1版です。問題があり、MOSFETがよく破損していました。上の第2版で修正済みです：
高周波トランス：
動作テストおよび性能測定
初回通電テスト
初回通電時は、短絡による破損を防ぐため、直列に電球を接続することを推奨します。実測では正常に動作し、出力電圧は24.1V（下記画像のテスト時は0.9A負荷を接続中）でした。
直列に電球を接続する目的は、 電球の電流制限保護機能を利用することです。正常時には電球の抵抗が小さく、電圧降下も小さく、わずかに光るか消灯したままとなり、電源テストに影響しません。しかし、電源内部で短絡が発生すると、回路電流が急増し、電球の固定抵抗により大部分の電圧が分担され、過大な電流を抑制し、部品の焼損を防ぎます。
スイッチング電源用保護ソケット（電球付き）：https://s.click.taobao.com/OiMyz3q
直流入力でもテスト可能です。60Vの直流入力でも正常に起動し、24V出力できることを確認しています。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（片方をショート）。元の抵抗値が大きすぎると、低電圧では起動できません。
変換効率のテスト
使用機器：
- Juyou 電力量チェッカー：https://u.jd.com/0gXabte
- Juyou 電子負荷：https://s.click.taobao.com/DvbzQ4q
実測データ：
| 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) | 変換効率(%) | 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 |
最高変換効率は87.4% を達成。無負荷時の消費電力は最低1.81W。若干高めです。
上記データは同期整流を使わず、整流ダイオードを使用して測定したものです。選択した同期整流用MOSFETのオン抵抗が大きかったため、効率が逆に低下しました。より高性能なMOSFETに交換することで効率向上が可能です（耐圧は200V以上推奨。ダイオード両端のR9とC8にそれぞれ20Ω抵抗と2.2nFコンデンサを実装すれば、耐圧150VのMOSFETも検討可能）。
出力電圧リップルのテスト
オシロスコープ：Rigol DHO914S https://blog.zeruns.com/archives/764.html
測定時は、約15cmの出力ケーブルにプローブをクリップしており、グラウンドリングを使用せず、出力コンデンサにも直接接続していないため、測定されたリップル値はやや高めになっています。
無負荷時のリップル：ピークtoピーク約730mV、リップル周波数138.96kHz（スイッチング周波数に近い）。
3A負荷時のリップル：ピークtoピーク約562.08mV。
MOSFET波形
入力AC220V、出力24V、1A負荷時における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)間電圧波形。黄色がGS電圧、青色がDS電圧です。
図から、MOSFETのオフ時にドレイン電圧の尖頭値が約440Vに達していることがわかります（電球を直列に接続していたため、電源入力電圧は100V台前半だった可能性があり、実測値は低めに出ています。スイッチを直通にしていなかったため）。
ゲート電圧波形を拡大表示。
出力整流ダイオードの波形
入力DC60V、出力24V、無負荷時の出力整流ダイオード両端の電圧波形。尖頭電圧は約56V。（ダイオード両端のR9とC8にそれぞれ20Ω抵抗と2.2nFコンデンサを実装後、尖頭電圧は42Vまで低下）
入力DC60V、出力24V、1A負荷時の出力整流ダイオード両端の電圧波形。尖頭電圧は約190V。（同条件でR9とC8を実装後、尖頭電圧は81Vまで低下）
無負荷時起動時の出力電圧波形
入力DC60V、出力24V、無負荷時の出力電圧波形。0Vから24Vに到達する時間は7ミリ秒。
発熱状況
無負荷時の電源底面サーモグラフィ：最高温度は起動抵抗付近で約60℃（周囲温度約25℃）、一次側MOSFETは約48℃。
3A負荷時の電源底面サーモグラフィ：最高温度は一次側MOSFETまたはRCD吸収回路の抵抗で88℃以上（周囲温度約26℃）、二次側整流ダイオードも60℃以上と考えられます。
満載時の温度はやや高めです。長期的に満載運転を行う場合は、一次側スイッチングMOSFETにヒートシンクを追加するか、ケースに樹脂封止して放熱するなどの対策が必要です。
部品購入先- 貼り付け抵抗・コンデンササンプル帳：https://s.click.taobao.com/ngH2RGq
- PQトランスフォーマーコアおよびボビン：https://s.click.taobao.com/EJtb04q
- UC3842チップ：https://s.click.taobao.com/7pfvQGq
- PC817A光結合器：https://s.click.taobao.com/Le1X04q
- MSB40M整流ブリッジ：https://s.click.taobao.com/7HqQQGq
- SBDD10200CTダイオード：https://s.click.taobao.com/izw104q
- UCC24612-1同期整流コントローラ：https://s.click.taobao.com/K1gEQGq
- TL431電圧基準：https://s.click.taobao.com/DPxnz3q
- UU10.5共通モードインダクタ：https://s.click.taobao.com/D1t1z3q
- 5D-11サーミスタ：https://s.click.taobao.com/IsOry3q- 安全規格コンデンサX2：https://s.click.taobao.com/vBeCPGq
- 安全規格Yコンデンサ：https://s.click.taobao.com/sas5PGq
部品はLCSC（立創商城）で購入することをおすすめします：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html
立創のオープンソースリンク内のBOM表から、すぐにLCSCへ注文すると、必要な部品をカートに一括追加できます。
回路図
PCB
表面
裏面
資料ダウンロード先
以下のリンクには、立創EDAプロジェクトファイル、回路図PDF、PCB製造用Gerberファイル、スイッチング電源設計ツールSMPSKit、フライバック変圧器計算書（Mathcad形式）、シルクスクリーン図、変圧器仕様書、各ICのデータシート、PSIMシミュレーションモデル、ボード線図用Matlabコード、その他の参考資料やドキュメントなどが含まれています。（一部の資料はインターネット上から収集しています）
- 123クラウドディスク：https://www.123684.com/s/2Y9Djv-2hTdH
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