【MPS 反激设计工具 实测】空调控制板辅助电源设计——15V/2A+5V/1A
最近在做一个空调室外机控制板的项目，辅助电源这块卡了好久。需求说起来也不复杂：15V给IGBT驱动和继电器，5V给MCU和通信模块。但两路输出的匹配问题，搞过家电电源的朋友应该都懂——交叉调整率不好弄，尤其是两路电压差比较大的时候。
以前做这种多路输出的反激电源，变压器参数基本靠经验公式硬算，算完还得反复修改。最近看到MPS有个在线的反激设计工具，说实话一开始没抱太大期望，毕竟免费工具嘛。结果试了一下发现确实能省不少事，特别是多路输出的参数它能一次性给出来，就把过程分享一下。
设计需求
先把规格列清楚：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 输入电压 | 90~264Vac（全球通用电压） |
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| 输出 1 | 15V / 2A |
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| 输出 2 | 5V / 1A |
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| 总输出功率 | 35W |
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空调控制板辅助电源，全球通用输入电压是标配。15V那路负载比较重——驱动电路加继电器，峰值电流还会更高一些。5V那路相对轻松，MCU加个通信模块，电流不会跳得太厉害。
工具使用
第一步：填写系统规格
打开工具页面，首先要注意的是默认模式是DC输入，我们用的是AC输入，所以第一件事就是把模式切到AC。然后输出数量要改成2（默认好像也是2，但最好确认一下）。
接下来就是填参数了：
-
Vac min：90V
-
Vac max：264V
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输出1：15V / 2A
-
输出2：5V / 1A
这里有个小坑：AC模式下输入的是交流有效值，工具内部会自动计算整流后的直流电压范围。如果你选了DC模式还填90V，那算出来的结果肯定是偏的，别问我怎么知道的…第一次用的时候就踩了这个坑。
第二步：查看变压器设计
参数填好之后，点击上方的 Transformer 标签页，工具会自动计算变压器的关键参数。
工具给出的核心参数：
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 输出功率 Pout | 35W |
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| 输入功率 Pin | 38.04W |
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| 效率 | ≈92% |
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| 原边电感 Lp | 947.59μH |
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| 漏感 Lk | 47.38μH |
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| 匝比 Np/Ns1（15V） | 7 |
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| 匝比 Np/Ns2（5V） | 19.72 |
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| 原边 RMS 电流 | 0.48A |
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| 原边峰值电流 | 1.1A |
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| 副边1 RMS 电流（15V） | 3.16A |
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| 副边2 RMS 电流（5V） | 1.48A |
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第三步：查看MPS方案
点击 Show MPS Solution 按钮，工具会推荐适合的MPS芯片和方案。
参数分析
拿到数据之后，作为做了好几年家电电源的人，还是习惯性地要核实一下。
关于效率：92%对于35W的多路输出反激来说，是一个比较务实的数字。家电辅助电源不像手机充电器那样追求极致效率，但空调室外机的散热环境本身就比较恶劣（夏天暴晒），所以效率不能太低。38.04W的输入功率，损耗大约3W，在密闭的控制盒里还是需要注意散热的。
关于匝比：这里最值得说的是两路输出的匝比差异。Np/Ns1=7，Np/Ns2=19.72，两路匝比差了将近3倍。这意味着什么呢？在实际绑线的时候，15V输出的绕组匝数会明显多于5V输出的绕组，两路之间的耦合程度也会有差异。
做过多路输出反激的都知道，通常反馈环只能调一路输出，另一路靠耦合"跟着走"。以这个设计为例，15V是主输出做闭环控制，5V那路的精度就取决于绕组之间的耦合度。实际做的时候，5V输出加个LDO或者小型DC-DC二级稳压是比较稳妥的方案——这点工具不会告诉你，但做家电的都这么干。
关于漏感：Lk=47.38μH，大约是原边电感的5%，这个比例对于多路输出的反激变压器来说是合理的。多路输出本身绕组多，漏感控制起来比单路输出难一些。漏感大了，RCD吸收电路的损耗就大，所以实际绕制变压器时要注意三明治绕法，尽量压低漏感。
关于原边电流：RMS 0.48A，峰值1.1A，这个数值挺温和的。选MOS管的时候，1.1A的峰值电流完全不是问题，Rdson也不需要太低。对于家电项目来说，这直接关系到BOM成本——不需要用很贵的MOS管就能满足要求。
多路输出的额外考虑
虽然工具给了基本的设计参数，但多路输出反激在实际应用中还有几个必须关注的问题：
1. 交叉调整率
15V满载、5V轻载和15V轻载、5V满载这两种极端情况下，未被控制的那路输出电压偏移多少，这需要实际测试。工具目前没有给出交叉调整率的仿真，这块还是得靠实际调试。
2. 输出整流二极管选型
15V/3.16A RMS的整流管，肖特基二极管就行，反向耐压按照公式估算大概需要60~80V的。5V那路电流小一些，但如果追求效率可以考虑同步整流。不过35W的辅助电源，家电行业一般不会用同步整流——成本增加不少，收益不大。
3. EMC
空调是强制3C认证产品，辅助电源的EMC必须过。反激变换器的共模噪声主要来自MOS管的dV/dt和变压器原副边寄生电容，多路输出的变压器结构更复杂，Y电容的选取和布局要特别注意。
总结
整体用下来，MPS这个反激设计工具在处理多路输出时表现还可以。最大的优点是省时间——以前算两路输出的匝比和电流分配，至少要花半天，现在基本填好参数就出结果。参数的合理性我对照了一下，和手算结果偏差不大。
当然了，工具毕竟只能给出理论设计值，多路输出反激真正的难点——交叉调整率、绕组耦合、EMC这些，还是得靠工程师自己在调试阶段搞定。但至少起步阶段不用从零开始算了，对于我们这种每年要做好几个家电项目的工程师来说，确实能提高效率。
如果你也在做家电多路输出电源，建议试试这个工具，起码可以快速得到一组可参考的初始参数，后面再根据实际情况微调。