【开源】24v3a反激式开关电源（基于uc3842，含电路和变压器参数计算过程）

[zeruns]

开源一个宽电压输入，24V3A输出的反激式开关电源（Flyback Power Supply），72瓦功率，最高效率87.4%，基于UC3842芯片，同步整流（UCC24612-1DB），包含电路和变压器参数的计算过程、原理图、PCB、PSIM仿真模型、变压器制作规格书等等。

前言

第一次做反激电源，有什么要改进或做错的地方请各位大佬指点一下。

• 反激电源参数计算与器件选型，反激变压器计算与绕制教程：https://blog.zeruns.com/archives/909.html
• 磁性元件/磁芯材料/磁芯结构 分析对比和选型指南：https://blog.zeruns.com/archives/897.html

顺便在线求职一下，有没有广州/佛山/深圳的老板要招人的可以考虑一下我。可以到我立创开源平台主页看看我的开源项目：https://oshwhub.com/zeruns/works

本项目视频演示： https://www.bilibili.com/video/BV1ES4GzQE19/

立创开源平台开源链接： https://oshwhub.com/zeruns/24v3a-Flyback-Power-Supply-uc384x

电子/单片机技术交流QQ群： 2169025065

资料下载地址在文章末尾！

警告：开关电源制作危险性较大，本人不对本设计中任何电路、参数、公式的正确性做出保证，复刻或参考本作品需要您自行承担所有可能的风险。

预估小批量（20套）平均单价在25元左右（不含PCB和变压器，用立创商城的元器件价格算的），加上PCB和变压器应该不超50元。

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设计参数

参数	值
额定输入电压 V_{acnom}	220VAC
最低输入电压 V_{acmin}	85VAC
最高输入电压 V_{acmax}	265VAC
电网工作频率 f_L	50Hz
输出电压 V_{out}	24V
输出电流 I_{out}	3A
工作频率 f_s	150kHz
设计效率 η	85%

PCB尺寸：100x55mm

PCB规格：双层板，顶层插件，底层贴片

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实物图

下图是第二版：

下图是第一版，有点问题，容易炸管，上图的第二版改好了：

高频变压器：

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工作测试与指标测量

首次上电测试

首次上电测试时要串联一个灯泡避免短路炸一片。实测工作正常，输出电压24.1V（下图测试时带了0.9A负载）。

串联灯泡的作用是：利用灯泡的限流保护作用，正常时，灯泡电阻小，分压低，仅微亮或不亮，不影响电源测试；若电源内部短路，回路电流会骤增，灯泡因电阻固定会分担大部分电压，限制电流过大，避免电源元件因大电流烧毁，起到保护作用。

开关电源检修保护插座：https://s.click.taobao.com/OiMyz3q

也可以用直流电输入来测试，我实测输入60V直流电也可以正常启动并输出24V，但是要把200KΩ的启动电阻（R24+R16）改成100kΩ的（短路其中一个），原先电阻太大，低电压会启动不了。

转换效率测试

测试设备有：

• 炬为电能宝：https://u.jd.com/0gXabte
• 炬为电子负载：https://s.click.taobao.com/DvbzQ4q

实测数据：

输入电压(V)	输入电流(A)	输入视在功率(W)	输入有功功率(W)	输出电压(V)	输出电流(A)	输出功率(W)	转换效率(%)	功率因数
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

测得最高转换效率87.4%，空载功耗最低1.81W，空载功耗略高了一点。

上面测得的数据是用的二极管整流，没用同步整流，因为我选用的同步整流MOS管的内阻大了点，测得的效率反而低了些，你们可以自行更换更好的MOS管来测试，耐压要200V或更高的（二极管两端的R9和C8分别焊一个20Ω电阻和2.2nF电容后可考虑耐压150V的）。

输出电压纹波测试

示波器是普源DHO914S：https://blog.zeruns.com/archives/764.html

测试时示波器探头是夹在一条大概15cm长的输出线上的，没有用接地环，也没有接在输出电容上，所以测得输出电压纹波结果可能偏高。

空载时的纹波，峰峰值在730mV左右，纹波频率138.96kHz，接近开关频率。

带3A负载时的纹波，峰峰值在562.08mV左右。

MOS管波形

输入交流220V，输出24V带1A负载时初级侧开关管的栅源(GS)和漏源(DS)电压波形图，黄色是栅极与源极间的电压波形，蓝色是漏极与源极间的电压波形。

从图中可以看出MOS管关断时的漏极电压尖峰最高440V左右（串联了灯泡，忘了把开关打到直通，所以电源输入电压可能就一百多伏，测得的电压就偏低了）。

栅极电压波形图放大看。

输出整流二极管波形

输入60V直流，输出24V空载时的输出整流二极管两端电压波形如下图，电压尖峰最高56V左右。（二极管两端的R9和C8分别焊一个20Ω电阻和2.2nF电容后，电压尖峰下降到42V）

输入60V直流，输出24V1A时的输出整流二极管两端电压波形如下图，电压尖峰最高190V左右。（二极管两端的R9和C8分别焊一个20Ω电阻和2.2nF电容后，电压尖峰下降到81V）

空载启动输出电压波形

输入60V直流，输出24V空载时的输出电压波形，电压从0V到24V的时间为7毫秒。

发热情况

空载时电源底面的热成像图，最高温点在启动电阻上，温度60度左右（环境温度25℃左右），初级侧MOS管温度48℃左右。

带3A负载时电源底面的热成像图，最高温点在初级侧MOS管或RCD吸收电路的电阻上，温度88度以上（环境温度26℃左右），次级的整流二极管应该也有60度以上。

满载温度有点高，如果要长期满载工作的初级侧开关管需加散热片或做灌胶处理导热到外壳！

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元器件购买地址

• 贴片电阻电容样品本：https://s.click.taobao.com/ngH2RGq
• PQ变压器磁芯与骨架：https://s.click.taobao.com/EJtb04q
• UC3842芯片：https://s.click.taobao.com/7pfvQGq
• PC817A光耦：https://s.click.taobao.com/Le1X04q
• MSB40M整流桥：https://s.click.taobao.com/7HqQQGq
• SBDD10200CT二极管：https://s.click.taobao.com/izw104q
• UCC24612-1同步整流控制器：https://s.click.taobao.com/K1gEQGq
• TL431电压基准：https://s.click.taobao.com/DPxnz3q
• UU10.5共模电感：https://s.click.taobao.com/D1t1z3q
• 5D-11热敏电阻：https://s.click.taobao.com/IsOry3q
• 安规电容X2：https://s.click.taobao.com/vBeCPGq
• 安规Y电容：https://s.click.taobao.com/sas5PGq

建议在立创商城里购买元器件：https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html

在立创开源链接里的BOM表那点立即到立创商城下单可将用到的元器件一键导入到购物车。

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原理图

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PCB

顶层

底层

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资料下载地址

下面链接里的资料有：立创EDA工程文件、原理图PDF、PCB制板文件Gerber、开关电源设计工具SMPSKit、反激变压器计算书（Mathcad）、丝印图、变压器制作规格书、各个芯片的数据手册、PSIM仿真模型、BODE图Matlab代码、其他的一些参考资料和文档 等等。（部分资料收集自网上）

• 123云盘：https://www.123684.com/s/2Y9Djv-2hTdH
• 百度网盘：https://pan.baidu.com/s/1767xJthTFWQbxgeZQXM_Hg?pwd=9527 提取码: 9527

如果觉得对你有用的可以进去上面的123云盘链接里给我打赏，如果是微信文章（公众号：zeruns-gzh）的也可以点击文章下方的喜欢作者给我打赏，谢谢。

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[ABC]

哇，不错的开源项目，资料很齐全

[郑鑫升]

太强了 必须支持

[Aria_Hayes]

博主您好，请问仿真的部分您有做环路补偿吗，传递函数部分怎么推导吗

[zeruns]

没有，环路补偿这方面我懂得不多

[Aria_Hayes]

博主您好，请问图中画蓝色框的部分，R19,R21,R17,C12部分的值是怎么计算得到的吗，我通过仿真调参数发现还跟mos源极下面的采样电阻R8有关，动一个参数，上面几个参数也得跟着动。

采样电阻我按照公式1V/(Ipk*1.2)来算的，您的项目中Ipk=2.644A，算出来是0.32Ω，跟您项目中实际使用的0.2Ω还是不一样，请问您是怎么得到这组参数的呢，期待您的回答，谢谢！

[ABC]

你好！很高兴看到你对开源项目研究得这么深入，连仿真都跑过了，而且观察非常敏锐，直接抓住了电流模式控制（Current Mode Control）的核心痛点。

作为老电源人，我来逐一解答你的疑惑。咱们把理论计算和实际工程结合起来说：

1. 关于采样电阻 R8 (0.32Ω vs 0.2Ω)

你的理论计算公式 R_{sense} = 1V / (I_{pk} \times 1.2) 是完全正确的，这是教科书和各种IC规格书上给出的标准推荐算法，留了20%的裕量。但为什么实际工程中我用了 0.2Ω 呢？

主要有以下几个工程考量：

• 功耗与发热 (效率优先)： R8是串在初级主回路里的，电流有效值很大。如果用0.32Ω（或者相近的标准阻值0.33Ω），I^2R 的损耗会比 0.2Ω 大将近一倍。这在小体积、自然散热的适配器里，温升影响很明显。
• 应对瞬态和启动冲击： 理论计算的 I_{pk} = 2.644A 是在稳态满载最低输入电压下的值。但在电源冷启动（给输出大电容充电）或者遇到瞬间大动态负载时，我们需要电源能短时间内提供更大的峰值电流。用 0.2Ω，意味着周期级的硬件限流点被放宽到了 1V / 0.2\Omega = 5A。前提是：我已经核算过，我的变压器在 5A 的峰值电流下不会发生磁饱和。
• 物料标准化： 0.2Ω (200mΩ) 1206封装是非常通用的低成本阻值。
• 总结： 理论上0.32Ω保护最严密，但实际操作中，只要变压器不饱和，我们通常会把 R_{sense} 适当减小，以换取更好的效率和动态余量。

2. 关于补偿网络 (R17/C12 等) 为什么和 R8 联动？

你的仿真发现非常准确：“动了R8，上面的参数也得跟着动”。

这是因为 UC3842 是峰值电流模式控制芯片。在电流模式控制中，功率级（Plant）的控制-输出传递函数（直流增益）是和电流采样电阻 R_{sense} （也就是你的R8）成反比的。
简单来说，R8 变小了，相当于你把电流环的增益改变了，整个闭环系统的交越频率和相位裕度全变了。所以，原先调好的电压环补偿网络（R17, C12等）就不适用了，必须重新匹配，否则电源就会出现震荡（比如次谐波震荡或者音频啸叫）。

3. 蓝框里的参数是怎么得来的？

你问到 R19, R21, R17, C12 的值是怎么算出来的。实话实说，实际做产品时，纯靠手算是很难一次性算准的。

这里面包含了 TL431的补偿 + 光耦 (PC817) 的传输延迟和电流传输比(CTR) + 3842内部误差放大器的补偿。

我的实际开发流程通常是这样的（也是业界常态）：

1. 初值估算： * R13, R14 (分压电阻) 根据输出 24V 算出来。
   • R19 提供光耦初级电流，R21 提供 TL431 的偏置电流（通常保证TL431有 1mA 左右的死电流）。
   • UC3842 端的 R17 和 C12 构成一个 Type-II 补偿网络（提供一个极点和一个零点）。初始值我会根据经验给一个大概的RC组合（比如 R17 用 10k~20k，C12 用 1nF~10nF）。
2. 仿真验证（比如你现在做的）： 把初值代入 Simplis 或 LTspice 进行 AC Sweep (交流扫描)，看看 Bode 图（波特图），目标是把交越频率调整到开关频率的 1/10 到 1/5 之间，并且保证相位裕度（Phase Margin）大于 45度。
3. 上板实测与微调 (最重要的一步)： 无论仿真多完美，光耦的CTR分布、变压器的漏感、PCB的寄生电容都会影响环路。板子做出来后，我会用电子负载打 动态响应 (Load Transient)（比如负载从 10% 突变到 90%），用示波器抓输出电压波形。
   • 如果电压波形有过冲、震荡了几下才平稳，说明相位裕度不够，我会去调整 C12 或 R17。
   • 如果电压恢复得太慢，说明带宽太窄，也会微调 RC 参数。

给你的建议：
既然你搭了仿真，你可以尝试在仿真里用电子负载做一个阶跃电流（比如0.5A跳跃到3A），观察VOUT的波形。然后你试着去改变 C12（比如从10nF改到1nF或者47nF），看看过冲和恢复时间的区别，这样你会对这些参数的作用有极其直观的感受！