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反激式开关电源变压器的设计（小生我
的办法，见笑）
反激式变压器是反激开关电源的核心，
它决定了反激变换器一系列的重要参数，
如占空比
D，
最大峰值电流，设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工½在一个合理的工½点上。
这样可以让其的发热½量小，对器件的磨损也½量小。同样的芯片，同样的磁芯，若是变压
器设计不合理，则整个开关电源的性½会有很大下降，如损耗会加大，最大输出功率也会有
下降，下面我系统的说一下我算变压器的方法。
算变压器，就是要先选定一个工½点，在这个工½点上算，这个是最苛刻的一个点，这个点
就是最½的交流输入电压，
对应于最大的输出功率。
下面我就来算了一个输入
85V
到
265V，
输出
5V，2A
的电源，开关频率是
100KHZ。
第一步就是选定原边感应电压
VOR，
这个值是由自己来设定的，这个值就决定
了电源的占空比。可½朋友们不理解什么是原边感应电压，是
慢慢的来，
这样的，这要从下面看起，
这是一个典型的单端反激式开
关电源，大家再熟悉不过了，来分析一下一个工½周期，½开关管开通的时候，原边相½于
一个电感，电感两端加上电压，其电流值不会突变，而线性的上升，有公式上升了的
I=Vs*ton/L,这三项分别是原边输入电压，开关开通时间，和原边电感量．在开关管关断的时
候，原边电感放电，电感电流又会下降，同样要尊守上面的公式定律，此时有下降了的Ｉ
=VOR*toff/L,这三项分别是原边感应电压，即放电电压，开关管关断时间，和电感量．在经
过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来，不可½会变，所以，有
VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的，等于下降了的，懂吗，½懂吧，上式中可以用Ｄ来
代替ＴＯＮ，用１－Ｄ来代替ＴOOF，移项可得，D=VOR/（VOR+VS）
。此即是最大占空
比了。
比如说我设计的这个，
我选定感应电压为
80V，
为
90V
，
D=80/ *80+90）
VS
则
（
=0.47
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第二步,确实原边电流波½的参数.
原边电流波½有三个参数,平均电流,有效值电流,峰值电流.,首先要知道原边电流的波½,原边
电流的波½如下图所示,画的不½,½不要笑啊.这是一个梯½波横向表示时间,纵向表示电流
大小,这个波½有三个值,一是平均值,二是有效值,三是其峰值,平均值就是把这个波½的面积
再除以其时间.如下面那一条横线所示,首先要确定这个值，这个值是这样算的，电流平均值
=输出功率/效率*VS，因为输出功率乘以效率就是输入功率，然后输入功率再除以输入电压
就是输入电流，这个就是平均值电流。现在下一步就是求那个电流峰值，尖峰值是多少呢，
这个我们自己还要设定一个参数，这个参数就是
KRP，所谓 KRP，就是指最大脉动电流和
峰值电流的比值这个比值下图分别是最大脉动电流和峰值电流。
是在
0
和
1
之间的。
这个值
很重要。已知了
KRP，现在要解方程了，½会解方程吧，这是初一的应用题啊，我来解一
下，已知这个波½一个周期的面积等于电流平均值*1，这个波½的面积等于，峰值电流
*KRP*D+峰值电流*（1-KRP）*D，所以有电流平均值等于上式，解出来峰值电流=电流平
均值/（1-0.5KRP）*D。比如说我这个输出是
10W，设定效率是 0.8.则输入的平均电流就是
10/0.8*90=0.138A,
我 设 定
KRP
的 值 是
0.6
而 最 大 值
=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138/(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.
第三个电流参数,就是这个电流的有效值,电流有效值和平均值是不一样的,有效值的定义还
记得吗,就是说把这个电流加在一个电阻上,若是其发热和另处一个直流电流加在这个电阻上
发热效果一样的话,那么这个电流的有效值就等于这个直流的电流值.所以这个电流的有效值
不等于其平均值,一般比其平均值要大.而且同样的平均值,可以对应很多个有效值,若是把
KRP
的值选得越大,有效值就会越大,有效值还和占空比
D
也有关系,总之.它这个电流波½的
½状是息息相关的.我就直接给出有效值的电流公式,这个公式要用积分才½推得出来,我就
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不推了,只要大家区分开来有效值和平均值就可以了.
电流 有效 值= 电流 峰值*根号 下的
D*(KRP
的平 方/3-KRP+1) 如我 现在 这个
,电流
有效 值
=0.419*根号下 0.47*(0.36/3-0.6+1)=0.20A.所以对应于相同的功率,也就是有相同的输入电流
时,其有效值和这些参数是有关的,适½的调整参数,½有效值最小,发热也就最小,损耗小.这便
优化了设计.
第三步,开始设计变压器准备工½
.已知了开关频率是 100KHZ
则开关周期就是
10
微秒了,占空比是
0.47.那么 TON
就是
4.7
微秒了.记½这两个数,对下面有用.
第四步,选定变压器磁芯,
这个就是凭经验了,如果½不会选,就估一个,计算就行了,若
是不行,可以再换一个大一点的或是小一点的,不过有的资料上有如½根据功率去选磁芯的公
式或是区线图,大家不妨也可以参考一下.我一般是凭经验来的.
第五步,计算变压器的原边匝数,原边½用的经径
.计算原边匝数的时候,要选
定一个磁芯的振幅
B,即这个磁芯的磁感应强度的变化区间,因为加上方波电压后,这个磁感应
强度是变化的,正是因为变化,所以其才有了变压的½用,NP=VS*TON/SJ*B,这几个参数分别
是原边匝数,,最小输入电压,导通时间,磁芯的\横节面积和磁芯振幅,一般取
B
的值是
0.1
到
0.2
之间,取得越小,变压器的铁损就越小,½相应变压器的½积会大些.这个公式来源于法拉弟电
磁感应定律,这个定律是说,在一个铁心中,½磁通变化的时候,其会产生一个感应电压,这个感
应电压=磁通的变化量/时间
T
再乘以匝数比,把磁通变化量换成磁感应强度的变化量乘以其
面积就可以推出上式来,简单吧.我的这个
NP=90*4.7
微秒/32 平方毫米*0.15,得到
88
匝
0.15
是我选取的了值.算了匝数,再确定线径,一般来说电流越大,线越热,所以需要的导线就越粗,,
需要的线径由有效值来确定,而不是平均值.上面已经算得了有效值,所以就来选线,我用
0.25
的线就可以了,用
0.25
的线,其面积是
0.049
平方毫米,电流是
0.2
安,所以其电流密度是
4.08,
可以,一般选定电流密度是
4
到
10
安第平方毫米.记½这一点,这很重要.若是电流很大,最½采
用两股或是两股以上的线并绕,因为高频电流有趋效应,这样可以比较½.
第六步,确定次级绕组的参数,圈数和线径
.记得原边感应电压吧,这就是一个放
电电压,原边就是以这个电压放电给副边的,看上边的图,因为副边输出电太为
5V,加上肖特基
管的压降,就有
5.6V,原边以 80V
的电压放电,副边以
5.6V
的电压放电,那么匝数是多少呢,½然
其遵守变压器那个匝数和电压成正比的规律啦.所以副边电压=NS*(UO+UF)/VOR,其中
UF
为肖特基管压降.如我这个副边匝数等于
88*5.6/80,得 6.16,整取 6
匝.再算副边的线径,½然也
就要算出副边的有效值电流啦
,
副边电流的波½会画吗
,
我画给大家看一下吧
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画的不太对称,没关系,只要知道这个意思,就可以了.有突起的时间是
1-D,没有突起的是 D,刚
½和原边相反,½其
KRP
的值和原边相同的这下知道了这个波½的有效值是怎么算的了吧,
哦,再提醒一句,这个峰值电流就是原边峰值电流乘以其匝数比,要比原边峰值电流大数倍哦.
第七步确定反馈绕组的参数,
反馈是反激的电压,其电压是取自输出级的,所以反馈
电压是稳定的,TOP 的电源电压是
5.7
到
9V,绕上 7
匝,那么其电压大概是
6V
多,这就可以了,
记得,反馈电压是反激的,其匝数比要和幅边对应,懂什么意思吗,至于线,因为流过其的电流很
小,所以就用绕原边的线绕就可以了,无严格的要求.
第八步,确定电感量.
记得原边的电流上升公式吗
I=VS*TON/L.因为½已经从上面画出
了原边电流的波½,这个
I
就是:峰值电流*KRP,所以
L=VS.TON/峰值电流*KRP,知道了吗,从
此就确定了原边电感的值.
第九步,验证设计
,
即 验 证 一 下 最 大 磁 感 应 强 度 是 不 是 超 过 了 磁 芯 的 允 许 值
,
有
BMAX=L*IP/SJ*NP.这个五个参数分别表示磁通最大值,原边电感量,峰值电流,原边匝数,这
个公式是从电感量
L
的概念公式推过来的,因为
L=磁链/流过电感线圈的电流,磁链等于磁通
乘以其匝数,而磁通就是磁感应强度乘以其截面积,分别代入到上面,即½原边线圈流过峰值
电流时,此时磁芯达到最大磁感应强度,这个磁感应强度就用以上公式计算.BMAX 的值一般
一要超过
0.3T ,若是½的磁芯,可以大一些,若是超过了这个值,就可以增加原边匝数,或是换大
的磁芯来调.
总结一下:
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设计高频变压器,有几个参数要自己设定,这几个参数
就决定了开关电源的工½方式,第一是要设定最大占
空比
D,这个占空比是由½自己设定的感应电压 VOR
来确定的,再就是设定原边电流的波½,确定
KRP
的值,
设计变压器时,还要设定其磁芯振幅
B,这又是一个设
定,所有这些设定,就让这个开关电源工½在½设定的
方式之下了.要不断的调整,工½在一个对½来说最½
的状态之下,这就是高频变压器的设计任务.总结一下
公式
D=VOR/(VOR+VS )
IAVE=P/效率*VS
IP=IAVE/(1-0.5KRP)*D
NP=VS*TON/SJ*B
NS=NP*(VO+VF)/VOR
L=VS.TON/IP.KRP
BMAX=L*IP/SJ.NP
(6)
(7)
(8)
(1)
(2)
(3)
(5)
I
有效值=
电流峰值*根号下的
D*(KRP
的平方/3-KRP+1)
(4)
不过总的来说，高频变压器是一个比较复杂的东西，我短短
的篇幅在此也不足以说明，学习高频变压器，我苦搞了两个
月。才觉得有了头绪。可½有些地方我说的不太清楚，大家
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