张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
反激式开关电源变压器的设计
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
统的说一下我设计变压器的方法。
设计变压器，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，
的电源，
2A
开关频率是
100KHZ。
第一步，选定原边感应电压
V
OR
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，为了便于理解，我们从下面图一所示的例子谈起，慢
慢的来。
图一
这是一个典型的单端反激式开关电源，大家再熟悉不过了，下面分析一下
一个工½周期的工½情况，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，有公式上升了的电流：
I
升
=V
S
*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
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
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
时有下降了的电流：
Ｉ
降
=V
OR
*T
OFF
/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，原边电感电流会回到原来的值，不可½会变，所以，有：
V
S
*T
ON
/L=V
OR
*T
OFF
/L
即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
T
ON
，
用(１
－Ｄ)来代替
T
OFF
。移项可得：
D= V
OR
/（V
OR
+V
S
）
此即是最大占空比了。
比如说我设计的这个变压器，
我选定感应电压为
80V，
V
S
为
90V
，则
D=80/（*80+90）=0.47
第二步,确定原边电流波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。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
I
,二是有效值 I,三是其峰值 I
P
,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：
I
=P
O
/（η*V
S
）
因为输出功率除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。下一步求电流峰值。
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
i
△
I
M
I
I
P
O
图二
t
为了求电流峰值我们还要设定一个参数，这个参数就是
K
RP
，所谓
K
RP
，就
是指最大脉动电流
△
I
M
和峰值电流
I
P
的比值（图二所示）
RP
的取值范围在
0
和
，K
1
之间。这个值很重要。已知了
K
RP
，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
S=
I
*1，这个波½
的面积
S
等于：
S=I
M
*K
RP
*D/2+ I
M
*（1-K
RP
）*D，
所以有电流平均值等于上式，解出来峰值电流：
I
M
=
I
/ [(1-0.5 K
RP
）*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:
I
=10/0.8*90=0.138A,
我设定
K
RP
的值是
0.6，而最大值：
I
M
=0.138/(1-0.5 K
RP
).D=0.138/ (1-0.5*0.6)*0.47=0.419A.
下面球电流的有效值
I,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
K
RP
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,我就不推了,只要大家区分
开来有效值和平均值就可以了.
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
2
I= I
P
D
(
K
RP
/ 3
K
RP
1)
如图一所示电路,电流有效值：
I =0.419
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,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.
第四步,计算变压器的原边匝数
原边½用的线径.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,
N
P
=V
S
*T
ON
/S
J
*B
这几个参数分别是原边匝数,,最小输入电压,导通时间,磁芯的横截面积和磁
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第电磁感应定律,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
N
P
=90*4.7μS/32mm
2
*0.15==88.15,取整数为 88
匝。
算了匝数,再确定线径。
一般来说电流越大,导线越容易发热,所需要的导线就
越粗,,需要的线径由电流有效值来确定,而不是平均值.上面已经计算了有效值,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。一般选定电流密度是 4~10A/mm
2
.记½这一
点很重要. 另外，因为高频电流有趋效应，若是电流很大,最½采用两股或是两
股以上的线并绕,这样效果更½.
第五步,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,因为副边输出电压为
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
器匝数和电压成正比的规律啦.所以副边匝数:
张飞实战电子官方½站：www.zhangfeidz.com
☜点击打开
（广告勿扰
100%拒绝水贴，10
名疯狂工程师运营的½站，有问必答）
N
S
=N
P
*(U
O
+U
F
)/V
OR
,
其中
U
F
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.
要算副边的线径,首先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,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
K
RP
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.
图三
第六，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.
第七步,确定电感量
记得原边的电流上升公式吗
I
升
=V
S
*T
ON
/L.因为½已经从上面画出了原边电
流的波½,这个
I
升
= I
M
*K
RP
,所以:
L=V
S
.T
ON
/ (I
M
*K
RP
)
知道了吗,从此就确定了原边电感的值.
第八步,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
B
MAX
=L*I
P
/S
J
*N
P.
这个五个参数分别表示磁通最大值,原边电感量,峰值电流,磁芯横截面积，
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
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论