一文解析宽输入电压范围的电源设计

电源输入电压都有一定范围，例如我国电网电压为220VAC，其输入范围的要求为165-264VAC，为了兼容欧标的110VAC，通常电源输入电压范围为85-264VAC。在DC-DC直流开关电源应用中，通常也有多个输入母线的类别，如通信行业一般为48VDC输入，其范围为36-75VDC。工业控制行业一般为24VDC和12VDC，24V输入的范围为18-36VDC，12VDC输入的范围为9-18VDC，铁路行业的母线为110VDC，输入电压范围为66-160VDC。

有时还会发现介于它们之间的电压，但是由于成本原因，电源厂家通常不愿意为每种输入电压开发不同的电源。所以要求电源输入范围宽，下面说说如何设计一种具有宽输入电压范围的电源。

该要求为19至265VAC和19至375VDC的小功率反激式转换器（在500mW的范围内），小功率反激式参考设计需要具备两路输出。一个输出轨提供微控制器与模拟电路（电流为15mA时电压为5.0V），另一个输出轨则在电流为40mA时提供12V的电压以控制继电器。因为输入和两路输出需要2.5kV的隔离电压，所以首先想到了结构简单、广为人知的反激式转换器。

上图为转换器原理图，有输入滤波器、整流器、启动电路以及次级侧上的控制器线性稳压器等。

宽输入电压范围不仅对控制器来说是个挑战，对该变压器的设计而言也是一大难题。对于小功率应用，反激式转换器经过设计要能在非连续导通模式（DCCM）下工作，以便实现小的解决方案尺寸，因为耦合电感器的电感也比较小。这种运行模式下的峰值电流比连续导通模式（CCM）下的峰值电流大，但它们仍然相对较小，原因是功率很小。对于较大功率的应用，反激式转换器则通常在CCM模式下工作。乍一看DCCM似乎是适合该反激式设计的模式，输出功率大约为500mW。

为避免在输入电压的上限范围内出现大的开关损耗，开关频率应相对较低。在该设计中，它被设置为130kHz，以便让基波低于电磁干扰（EMI）测量的下限150kHz。如果假定该转换器只在DCCM模式下工作，那么占空比在这样一个范围内从70%直到4%（匝数比为3.58：1，750μH的初级电感）。为了减少组件应力，您应该通过让匝数比保持不变并将初级电感变为4mH来增加最小占空比。现在，对于低输入电压，该转换器在CCM模式下运行。对于高输入电压，该转换器则在DCCM模式下运行。
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