单片开关电源及PCB设计 IRMS2?KRP???IP?Dmax??K?1RP?3? （3.6）
??将IP=1.29A，Dmax=62.79%，KRP=0.4代入式（3.6）的得，IRMS=0.83A (8) 芯片及结温的确定
所选芯片的极限电流最小值ILIMT（min）应满足下式
ILIMT（min）≥IP/0.9 （3.7）
即ILIMT（min）≥1.43A，于是我们就选取了TOP225Y TJ由下式确定
TJ?PD?R?A?TA （3.8）
TOP225的设计功耗为1.7W，R?A=20℃/W，TA=40℃，代入式（3.8）得TJ=74℃。一般来说，TJ应在25℃到100℃之间，才能使开关电源长期正常运行。 (9) 初级电感量Lp的计算
在每个开关周期内，由初级传输给次级的磁场能量变化范围是 ?LpIp2～?Lp（Ip-IR）2。初级电感量由下式决定：
106POZ?1????? （3.9） LP????K?2IP?KRP?1?RP?f2??式中，Lp的单位是μH。已知开关电源的输出功率为50W，初级脉动电流与峰值电流的比例系数KRP=0.4，开关频率f=100kHz，损耗分配系数Z=0.5，电源效率η=85%，IP=1.29A，将这些数值代入式（3.9）得
Lp=1021.79 μH
(10) 选择高频变压器并查找其参数
可从设计手册中查出，当Po=50W时可供选择的铁氧体磁芯型号。若用常规漆包线绕制，可选EE30或EE35型，型号中的数字表示磁芯长度A=30mm或35mm。EE型磁芯的价格低廉，磁损耗低且适应性强。若采用三重绝缘线，则选EF30型磁芯。在此我们采用常规漆包线，故选用EE30型磁心。由手册中查出SJ=1.09cm2，l=5.77cm， AL=4.69μH/匝2，
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单片开关电源及PCB设计 b=13.7mm。 (11) 计算次级匝数Ns
对于100V/115V交流输入，次级绕组可取1匝/V；对于230V交流或宽范围输入应取0.6匝/V。现已知u=85~265V，Uo=24V，考虑到在次级肖特基二极管上还有0.4V的正向导通压降UF1，因此次级匝数为（Uo+ UF1）×0.6匝/V=（24V+0.4V）×0.6匝/V=14.64匝。由于次级绕组上还存在导线电阻，也会形成压降，实取Ns=15匝。 (12) 计算初级匝数Np
NP?NS?UOR （3.10）
UO?UF1已知Ns=15匝，UOR=135V，Uo=24V，UF1=0.4V，将这些值一同带入式（3.10），可求得Np=82.99，实取83匝。 (13) 计算反馈绕组匝数
NF?NS?UFB?UF2 （3.11）
UO?UF1配有TL431的光耦反馈电路UFB 一般取12V，UF2取0.7V，UF1=0.4V，Ns=15，将这些值连同Uo=24V一起带入式（3.11），求得NF=7.8匝。实取8匝。
(14) 根据初级层数d、骨架宽度b和安全边距M，用下式计算有效骨架宽度
bE=d（b-2M） (3.12)
暂且将d设为2，M取为3mm，b=13.7mm，将其带入式（3.12）求得，bE=15.4mm 再利用下式计算初级导线的外径（带绝缘层）DPM：
DPM= bE/NP （3.13）
将bE=15.4mm，NP=83带入式（3.13）求得，DPM=0.19mm。扣除漆皮后，裸体导线的内径DPm=0.15mm。
(15) 验证初级导线的电流密度J是否满足初级有效值电流IRMS=0.83A之条件。计算电流密度的公式为
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单片开关电源及PCB设计 J?198021.27?DPm4IRMS?1000?????25.4?2?1.28IRMS （3.14） 2DPm将DPm=0.15mm，IRMS=0.83A代入式（3.14）中得到J=7.22A/mm2。
若J﹥10 A/mm2，应选用较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架，使J﹤10 A/mm2。若J﹤4 A/mm2，宜选较细的导线和较小的磁芯骨架，使J﹥4 A/mm2，亦可适当增加NS的匝数。
查表可知，与直径0.15mm接近的公制线规φ0.16mm，比0.15mm略粗一点，完全可满足要求。因φ0.14mm的公制线规稍细，故不选用。 (16) 计算磁芯中的最大磁通密度BM
BM?100IPLP （3.15）
NPSJ将IP=1.29A，Lp=1021.79 μH，Np=83匝，磁芯有效横截面积SJ=1.09cm2，一并代入式（3.15）中，得到BM=0.25T。 (17) 磁芯的气隙宽度
式（3.16）中，δ的单位是mm。将SJ=1.09cm2，Np=83匝，Lp=1021.79 μH，磁芯不留间隙时的等效电感AL=4.69μH/匝2一并代入式（3.16）得到，δ=0.89mm。气隙δ应加在磁芯的磁路中心处，要求δ≥0.051mm。
2?NP1??40?SJ???1000L1000ALP???? （3.16） ?(18) 计算留有气隙时磁芯的等效电感
ALG?LP （3.17） 2NP将Lp=1021.79 μH，Np=83匝代入式（3.17）得到，ALG=0.15μH/匝2。 (19) 计算次级峰值电流ISP
次级峰值电流取决于初级峰值电流IP和初、次级的匝数比n，有公式
ISP?nIP?NP ?IP （3.18）
NS 15
单片开关电源及PCB设计 已知IP=1.29A，Np=83，Ns=15，不难算出n=5.5，代入式（3.18）得到ISP=7.14A (20) 计算次级有效值电流ISRMS
次级纹波电流与峰值电流的比例系数KRP与初级完全相同，区别仅是对次级而言，KRP反映的是次级电流在占空比为（1-Dmax）时的比例系数[5]。因此，计算次级有效值电流ISRMS时，需将式（2.6）中的IRMS、Ip、Dmax依次换成ISRMS、ISP、（1-Dmax）。由此得到公式
2?KRP???1?Dmax????K?1RP?3? （3.19）
??ISRMS?ISP将ISP=7.14A，Dmax=62.79%，KRP=0.4代入式（3.19）中求得，ISRMS=3.52A。 (21) 计算出滤波电容上的纹波电流IRI
先求出输出电流Io=Po/Uo=50W/24V=2.08A，再代入式（3.20）：
22IRI?ISRMS?IO （3.20）
将ISRMS=3.52A，Io=2.08A代入式（3.20）中计算出，IRI=2.84A (22) 计算次级裸导线直径 有公式
DSm?4ISRMS198025.4I???1.13SRMS （3.21） 1.27?J1000J将ISRMS=3.52A，J=7.22A/mm2代入式（3.21）中求出，DSm=0.31mm。实选φ0.315mm的公制线规。
需要指出，当DSm﹥0.4mm时应采用φ0.40mm的两股导线双线并绕Ns匝。与单股粗导线绕制方法相比，双线并饶能增大次级绕组的等效横截面积，改善磁场耦合程度，减少磁场泄感及漏感。此外，用双线并绕方式还能减小次级导线的电阻值，降低功率损耗。
导线外径（单位是mm）的计算公式为
DSM?b?2M （3.22） NS16
单片开关电源及PCB设计 将b=13.7mm，M=3，Ns=15匝一并代入式（3.22）中得到，DSM=0.51mm。选用导线直径DSm≥0.31mm而绝缘层外径DSM≤0.51mm的三重绝缘线。
(23) 确定次级整流管、反馈电路整流管的最高反向峰值电压：U（BR）S、U（BR）FB 有公式
U?BR?S?UO?UImax? U?BR?FB?UFB?UImax?NS （3.23） NPNFNP （3.24）
将Uo=24V，UFB=12V，UImax=375V，Ns=15匝，Np=83匝，NF=8匝，分别代入式（3.23）和式（3.24）中计算出，U（BR）S=91.77V，U（BR）FB=48.14V。
表5：设计24V、50W开关电源的电子数据表格
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 输入 参数 umin umax fL f Uo Po η Z UFB tc CIN 数据 85 265 50 100 24 50 85 0.5 12 3 129.7 B C 中间过程 保留数据 D 输出 计算结果 E 单位 V V Hz kHz V W % V ms μF F 参数说明 24V、50W开关电源 交流输入电压最小值 交流输入电压最大值 电网频率 开关频率 直流输出电压 输出功率 电源效率 损耗分配系数 反馈电压 整流桥导通时间 输入滤波电容 17