线性调整器

线性调整器又称为串联型调整器。

他的特点就是能从交流的输入电压获得一个可调整的直流输出电压，输入交流是一个变化的电压主要是通过一个整流滤波后得到一个直流电压然后再经过线性调整得到一个稳定的直流。

线性调整是通过整流后的电压与输出之间串联晶体管来实现的，而且这种串联晶体管工作在电压电流特性曲线的放大区域，其工作特性类似与可变电阻，调整管上面实际承受了被降低的多余的或过剩的那部分电压。这一个电压是随输入或输出的变化而变化的，这也就是为什么晶体管可以等效为是一个可变电阻。

如需要做一个不隔离的线性电源可以通过整流滤波然后再通过调整管来实现，如上面的图，这里面调整管的压降就是Va-Vo，为了保证我们的Vo可以得到一个稳定的电压，就需要考虑输入电压的变化范围，Va的电压在最低的时候都要保证Va＞VO，如果我们的输入电压是220V±20%，那么我们的输入范围最低是AC176V,整流后电容上面可以得到一个峰值电压，但是输入电容上面会有一个纹波电压，这是我们需要考虑的，如果输入电容上面的纹波电压是50V，那么最小的输入电压是176*1.414-50=198V,这也就是说输出电压Vo是不能＞198V，设计的时候就需要考虑了，假设输出电压是180V，如果输入电压要是在AC264V，那么调整管上面的最大压差就是264*1.414-180=193V，如果输出负载电流是I，在最大输入电压的时候，效率就是180*I/（264*1.414*I）*100%=48%，效率是比较低的，如果输出电压小于180V，效率会更低。为了解决比较低的输出电压，我们可以通过一个工频变压器来实现变压。如下面的图，通过变压器的匝比来实现电压调整。

从上面的图我们可以看到我们的输出电压是靠一个低频的变压器把输入的交流电压变压后再通过二极

管整流，这里用了半波整流，也可以用全波整流或者整流桥整流都是可以的，然后可以得到一个随输入电压变化的直流输出电压Va。那么我们的输出电压Vo需要一个稳定的直流。

输出电压一定要小于整流后Va的最小电压，那么Va电压是随输入电压变化而变化的，一般我们的交流输入电压AC220V有±20%变化的，那么我的变压器次级整流后的电压也是有一个±20%，当输入电压在最高的时候，Va点的电压也是最高，而我们的输出电压是不变的，那么我们的调整管的电压就是Va-Vo，Vo电压是小于最小Va电压，那么Vamin>Vo，从上面的公式里面我可以看到输入最大的时候整机效率要＜66%，这里还没有计算变压器的效率，从整体来看的话效率是比较低的。因为输出与调整管是串联，随输出电流的增大，调整管上面的损耗就增大.

从上面的两个图来看，我的线性电源效率是非常低的，但是它有自身的优点。

优点是结构相对简单，没有高频的开关整流器，设计电路简单，输出纹波小，高频干扰小，没有开关电源前面的EMI电路，整体电路简单，简单的电路带来最大的好处是便于维修，叠加在输出直流的纹波电压非常的小，也就是说输出的直流纯度非常的高，这也正是直流电源的重要标志。所以有要求纹波精度比较小的地方还是在用线性电源，

缺点：因为没有高频的开关整流器，变压器工作在50Hz的工频下，频率比较低，变压每个周期里面需要提供的能量比较多，导致变压器的就需要非常的大，输出的滤波电容也比较大，效率比较低，整个损耗基本都在输出调整管上，因为调整管是工作在线性区域的，调整管上面有一定的压降，随输出电流的增加，调整管上面的损耗也增加，调整管上面消耗功率非常的大，所以调整管上需要加很大的散热器。整个电源的体积非常大，并且非常笨重，不利于便携。

在电子产品不断更新换代的过程中，线性电源将逐步被高速的开关电源所取代。

但是现在有很多低成本的LED室内灯都在用线性电源来做。其原理与我们的第一个不隔离的图一样，只是负载是灯珠。

压敏电阻应用1

从上图看471KD10与471KD20的数据来比较，我们可以看出允许的最大交流与直流电压都相同，但是最大的钳位电压上面我们可以看出KD10的与KD20通过的电流时25A与100A，这说明我们在同一个电路上，打同一等级的雷击浪涌时，KD10的钳位电压要比KD20的高。  

从这些数据来看的话，我们在做雷击实验的时候要是不过的话，可以选择大一号的压敏电阻，这样我们的产品要安全的多。有时可以并联一个同一型号的压敏电阻也可以降低钳位电压，从而达到很好的保护我们的产品。

反激变压器磁芯的选择

反激电源的变压器设计时候当原边感量计算好以后，这个时候就需要选择磁芯，然后计算圈数了，磁芯的选择对于大部的工程师都靠经验去选取的，当然可以在网上找到很多的关于多少功率与开关频率所对应的磁芯，但是有很多的工程师可能会看到一些书上面用的Ap法去计算变压。

很多刚学做电源的工程，对于Ap法是非常感兴趣的，下面我们就基于Ap法是怎么来的进行推导下。

首先Ap法就是根据磁芯的横截面积Ae与绕线的窗口面积Aw来计算的，AP=AeXAw，对于磁芯的横截面积Ae与绕线窗口面积Aw是可以在磁芯规格书里面查到的。有很多的磁芯规格书也是直接给出Ap值的，

首先反激变压器是根据临界模式来计算的，我们以最大功率最小输入电压时变压器工作在临界模式来计算的。

变压器原边峰值电流Ipk

原边圈数Np     副边圈数Ns

Ip_rms为原边绕组的有效值电流

Is_rms为副边绕组的有效值电流

J绕组电流密度6A/mm^2      Vor反射电压

Kw为磁芯绕线窗口的利用率0.4

原边绕组占用的窗口面积

副边绕组占用的窗口面积

整个变压器Aw=Awp+Aws

那么这里需要计算出来原边的Np、Ns、Ip_rms、Is_rms

计算出来了Np、Ns、Ip_rms、Is_rms后，我们就可以计算原边绕组与副边绕组所占用的窗口面积Aw

把上面的Np、Ns、Ip_rms、Is_rm代入到下面的公式。

代入后得到了公式

又因为

化解后得到下面公式

因为变压器在绕组的过程中，会有挡墙，绝缘胶带，线与线之间的空隙等，我们磁芯的窗口利用率是不能到100%，根据的部分工程师的经验，一般磁芯的窗口利用率为0.4左右，我们这里选择Kw=0.4

那么实际的Aw1=Aw÷0.4

知道了Aw后，就是需要计算Ap了，Ap=Aw×Ae

上面就计算出来了Ap的值了，Kw，Bmax，J都是固定值，所以不同的功率Pin与开关频率fs，去值不同的Dmax等有关系，占空比如果在最低输入电压的时候可以选择0.5左右，

代入到Ap里面可以计算出来实际的Ap法

从上面的公式里面可以得出，功率越的磁芯选择越大，频率越大，磁芯的选择越小。

根据上面的公式计算出来了Ap后再去选择所对应的磁芯。

确定好磁芯后，根据磁芯的横截面积Ae值，可以计算出来变压器的圈数

变压器的制作

电源的变压器设计好后，大部分的工程师都会试绕下，看具体的设计是不是合理，因为变压器还是有很大一部分是结构上面的问题，变压器绕制的时候就需要注意一些事项首先就是我们的骨架的确定，用什么样的磁芯骨架对于变压器的绕组是有很大的不同，比如相同的AP，有磁芯的横截面积Ae小的但是绕线空间Aw比较大，也可以选择Ae值大的，绕线空间相对来说小的。

确定好磁芯与骨架后，就可以计算原副边圈数，然后根据线圈上通过的有效值电流来计算所以用的绕线的横截面积，这里计算出来的绕线的直径只是导线纯铜的横截面积，我们的变压绕线用的线有漆包线、多股线、三层绝缘线、丝包线、铜箔等。我们在绕制变压器的时候对于线的选择是需要注意：

1：漆包线是一种铜线外面包有一层比较薄油漆叫电器绝缘层，它里面含有油料、树脂、颜料、填料和溶剂等。为了达到电器绝缘的要求，电器绝缘漆的膜层结构不同于一般油漆，它的电阻系数大，导热性能好，并且有坚固的机械性能和良好的抗潮性，有一定的耐压耐温度作用，我绕制变压的时候圈数是紧密靠在一起的。

2、多股线是由多跟漆包线组合而成，一般单根的直径是0.1mm的线，然后有多股，比如50股0.1mm的线绞合在一起，这样的线一般是用来减少集肤效应，当单根小直径超过0.5mm以后，就不是很建议用单根线了，一般都用多股线，多股线与漆包线没有什么区别。

3、丝包线是指在导线或漆包绞合线外面包一层天然丝或纤维丝(尼龙、聚酯纤维、天然丝、自粘丝等)做绝缘层而制成的电磁线，丝包线的绝缘程度要比多股线好。

4、三层绝缘线三重绝缘线是一种高性能绝缘导线，其有三层绝缘材料，中间是导线芯；最外层是透明的玻璃纤维，中间层是喷漆涂层；最内层是被国外市场称之为“黄金薄膜”的一厚度仅仅几微米的聚酰胺薄膜，但是却可以承受3KV的脉冲高压。绝缘材料的总厚度不超过100μm。所以我们在计算变压器的时候，如果要使用三重绝缘线，一般把外径加上0.2mm。

5、铜箔一般都是输出大电流的时候应用，一般选择铜箔的时候需要选择铜箔的宽度与厚度，铜箔在宽度是根据磁芯骨架来选择，然后根据需要截面积计算厚度。

当我知道线材后，在选择线的时候根据需要选择合适的线径，在就是根据安规要求，是选择挡墙还是选择一边绕组用三层绝缘下，用三层绝缘线的成本高，但是少了绕挡墙的工时，这样减少了绕线的工序，如果原副边都用漆包线，就需要加挡墙。

加挡墙的工艺里面需要注意，每绕一次挡墙的厚度都需要与绕的绕组厚度一样，当绕完一个绕组后，再根据需要加层间绝缘胶带，然后再加下一个绕组的挡墙，一般原边绕组与副边绕组需要6mm爬电距离，也就是原边绕组加3mm挡墙，副边绕组也要加3mm的挡墙。

绕线在绕组的过程中需要注意一般是紧密绕制，如果不能绕满一层的需要均匀分布，这样有利于下面一个绕组的绕制，绕制的过程中不能有重叠绕制与绕线绕到挡墙上面的。

这是避绕组拉伤与浪费绕线空间的原因。如果是绕到挡墙上面，这样原副边的安规就不够了。

因为绕制的过程中，胶带不一定是平整的，所以绝缘胶带的宽度一定要大于骨架的骨槽宽度0.5mm，然后是在自作的过程中挂脚需要注意，绕组在挂到脚位上之前，需要套一根套管，这跟套管一般都是铁氟龙套管，大小以刚好能套住绕线为好，这样可以减小绕线空间，对于套管的位置需要注意看图二，在绕线的过程中不要出现图二中的B、C两种现象。

变压绕线绕好后就是组装磁芯了，在组装磁芯前需要开气隙来控制感量，对开气隙一般有叠气隙，还有磨气隙两种，一般工程师自己做样品都是叠气隙，这是因为没有专业的设备，如果是产品还是尽量磨气隙为好，按经验来说磨气隙的EMI会好点，叠气隙的差点，但是叠气隙的效率会高点，叠气隙所用的材料一般用绕变压用的层间绝缘胶带，这里特别注意不能用挡墙胶带。当气隙调整好后就是组装了，组装的时候磁芯需要对接好后然按紧后用胶带固定，固定也是用黄胶带，一般需要2-3层，然后再测下电器参数与安规，测试完全后整个变压器就制作完成了。

开关电源反馈光耦的选择

光耦在开关电源中应用非常的常见，它是起到一个原副边的信号传输，并且能有效隔离原副边的元器件，当然能传递信号并且有隔离作用的元器件很多，但光耦是一个价格便宜并且外围电路简单的特点，因为要隔离原副边，所以一般开关电源中的光耦的耐压是要选择5000V（有效值）。

光耦首先是分线性光耦与非线性光耦，在我们开关电源中做反馈用的光耦是线性光耦，比如PC817,对于PC817的话，有A档、B档、C档、D档之分

这些档位其实是根据CTR(传输比)来分类的。

CTR是描述光耦控制特性的参数，也就是副边的Ic电流与原边的输入IF电流的百分比。

具体的参数见下面的表格：

从上面的表格来看，每一个档位的CTR都是在一定范围内的，比如A档是80%-160%，这个范围的变化是根据不同的IF电流所得来的，根据PC817A的规格书，我们能看到一个关于IF电流与传输比的曲线图。他的传输比是随电流IF变化而变化的,最大的传输比是在10-20mA之间的电流，而开关电源的反馈电流一般是非常小的。一般都是在1-2mA之内。

那么我们在设计开关电源的时候要先确定好光耦IC的电流，一般IC电流是芯片的FB脚所能流出的最大电流，下面我们来实际计算下。

如下面的图，典型的TL431+PC817 的应用图。

光耦的CTR与R1、R2、R3怎么去选取。

首先要确定好Fb脚的最大的IC电流，假设IC最大电流是1mA，Vo是5V，因为光耦的发光二极的Vf压降一般是1-1.4V之间，R3的作用是在光耦没有导通的时候需要给TL431提供一个1mA的启动电流，所以R3的电阻的选取是Vf除TL431的启动电流  1V÷1mA=1K，当Fb脚需要流过最大电流的时候，光耦原边二极管上面需要的电流If就是IC/CTR=If，那么这里的CTR是一个范围，而不是一个非常准确的数字，比如我们用PC817A，CTR是80%-160%，所以说在计算的时候要用最小的CTR  80%去计算。

根据传输比的定义CTR= Ic÷If，If=IC÷CTR=1mA÷80%=1.25mA，又因为光耦的传输比 80%与160%是在25℃环境温度下的参数，而光耦在不同温度下面CTR是变化的，看下面温度与传输比的曲线图，当光耦温度到100℃的时候CTR只有原来的60%，也就是25℃的时候CTR是80%，到100℃的时候变成了80%×60%=48%。

那么根据最高温度100℃的传输比来计算上面的If=IC÷CTR=1mA÷48%≈2.1mA了，在实际计算的时候还要流有一定的余量，所以根据上面的计算的话，我们If电流要大于2.1mA，一般是计算值的1.3-1.5倍电流就可以了，我们假设1.3倍的电流，2.1mA×1.3=2.73mA。

根据上面的计算，我们光耦的原边的电流最大是2.73mA，然后我们在去看光耦在100℃下面的最大If电流，如果下面的图，光耦在100℃的时候最大的If是18mA，我们实际最大电流是小于3mA，留有非常大的余量。那么因为光衰引起的问题完全可以不用去考虑。

那么R2=（5-2.5-1.4）÷（2.73+1）=295Ω，所以我们实际取值的时候可以取240Ω。