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应用手册
应用 IRIS40xx 系列单片集成开关 IC 开关电源
的反激式变压器设计
索引：
1)
2)
3)
4)
5)
反激式变压器设计介绍
电源设计所需的标准
变压器设计步骤
变压器结构
磁芯类型
6)导线线规表
7) 参考资料
8) 变压器元件来源
1〕反激式变压器设计介绍
反激式电源变换器设计的关键因素之一 是变压器的设计。在此我们所说的变
压器不是真正意义上的变压器，而更多的是一个½量存储装½。在变压器初级导通
期间½量存储在磁芯的气隙中，关断期间存储的½量被传送给输出。初次级的电流
不是同时流动的。因此它更多的被认为是一个带有次级绕组的电感。
反激电路的主要优势是成本，简单和容易得到多路输出。反激式拓扑对于 100W
以内的系统是实用和廉价的。大于 100W 的系统由于着重降½装½的电压和电流，
其它诸如正激变换器方式就变得更有成效。
反激式变压器设计是一个反复的过程，因为与它的变量个数有关，½是它不
是很困难，稍有经验就可快速和容易的处理。在变压器设计之前的重点是定义电源
参数，诸如输入电压，输出功率，最小工½频率，最大占空比等。根据这些我们就
可以计算出变压器参数，选择合适的磁芯。如果计算参数没有½在设计范围内，重
复计算是必要的。利用½站上的 EXCEL 电子表格可以容易的处理这些步骤。
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属于 ISMPS IC 的 IR40xx 系列最初设计应用于准谐振方式，这意味变压器工
½于不连续模式（磁场不连续，½变压器中的½量传递到次边后磁场反回到零）。
在 PRC 模式中的变压器通常也工½于不连续状态，若工½于连续状态时工½频率设
½的很½（约 20KHZ 时一般不实用，因为需要较大尺寸的磁芯）。因此本应用手册
仅包含不连续设计的实例。
2〕电源设计所需的标准
在开始变压器设计之前，根据电源的规范必须定义一些参数如下：
1〕最小工½频率－½min
2〕预计电源效率－η≈0.85~0.9(高压输出 )，0.75~0.85（½压输出）
3〕最小直流总线电压－Vmin 如 110V 时最小输入电压 85Vac，可有 10V 抖动）
4〕最大占空比－Dm（建议最大值为 0.5）
5）串联谐振电容值－Cres〔建议取值范围为 100pf~1.5nf，见图 1〕
3〕变压器设计步骤
首先计算总输出功率，它包括所有次级输出功率，辅助输出功率和输出二极
管的压降。通常主要输出电流若大于 1A ½用肖特基二极管，小于 1A ½用快恢复二
极管，½小电流输出时辅助绕组可用 1N4148 整流（建议辅助电压为 18V，电流为
30mA）
P
O
=
((
VO
1
+
VD
1
)
×
IO
1
+
L
((
VO
n
+
VD
1
)
×
IO
1
)
+
((
VB
+
VD
B
)
×
I
B
输出功率（Po）计算的是总的输出功率。
根据 Po 变压器的初级电感可由下式计算出。
L
P
=
(
V
min
2
×
P
O
×
f
min
×
D
m
)
2
η
+
V
min
×
π
×
f
min
×
D
m
×
C
res
2
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图 1
IR40xx 系列反激电路典型应用
下一步是计算初级，次级和辅助绕组的变比。下式给出初级(Np)和次级(Ns)
变比的计算公式：
N
P
=
N
S
×
D
m
V
min
×
V
O
+
VD
1
−
D
m
此处 Vo 是次级输出电压，VD 是次级输出整流管的正向压降。一个½的方法是
先计算次级每
V
B
N
B
=
N
S
×
V
O
+
V
D
伏的匝数，依此可计算出初级的匝数。辅助绕组的匝数 NB 可依下式算出。
对于多路输出电源需要反复计算找出最½变比，需要对输出电压采取一些
折中以确保匝数为整数，没有半匝。
现在就可计算出带气隙磁芯的有效电感。这需要从磁芯生产商处获得所需有
气隙磁芯的 Alg 值
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或者½用标准磁芯通过研磨中间段得到所需的 Alg 值它也可以用下式由初级电感
Lp(µH)和初级匝数 Np 计算出。
L
A
LG
=
1000
×
P
N
P
2
Nh/匝数
2
初级平均电流 Iav 可由假定效率η，所需总输出功率 Po 及最小直流总线电
压 Vmin 算出。
P
O
L
AV
=
η
×
V
min
所需初级峰值电流 Ip 可由下式算出
2
I
P
=
I
AV
×
D
M
图 2 给出不连续模式初级电流波½。可以看出在 t1 导通期间 有一斜坡电
流，其上升斜率受直流总线电压和初级电感 Lp 控制，最终达到刚才所计算的峰值
电流值 Ip。在 t2 关断期间初级无电流流过。在 I=Ip 处出现峰值磁通。由于
IR40xx 是自准谐振电路，t1 与 t2 的½换依赖于输出负½½和输入电压。计算时我
们可采用变压器最坏情况下的最½频率，最½直流总线电压和最大负½½。
图 2 不连续反激电路初级电流波½
根据初级 RMS 电流 I rms ½够算出所需导线线径，见下式。
I
rms
=
I
P
×
D
m
3
下一步是计算所需磁芯尺寸和气隙。首先选择磁芯尺寸，可以应用第五部分
给出的磁芯类型和尺寸选择适½的功率等级。根据下式由有效截面积 Ae(cm²)计算
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出最大磁通密度 Bm，½为磁芯选择依据（Bm 应在 2000~3000 高斯之间，½于 2000
磁芯未被充分利用，高于 3000 依据所用铁氧½材料可½发生饱和）。
N
×
I
P
×
A
LG
B
m
=
P
10
×
A
e
一个可选方法是由 Bm（如 2500）计算所需磁芯的最小 Ae.见下式。
N
×
I
P
×
A
LG
A
e
=
P
10
×
B
m
通过改变次级匝数(Ns)可½ Bm 在所需范围内，也可直接改变初级匝数
(Np)。对于专门磁芯增加次级匝数将降½ Bm，反过来减少次级匝数将增大 Bm。
交流磁密 BAC 的应用可依据厂商提供的磁芯损耗曲线。它给出磁通的交流成
分而不是峰峰值。这对不连续变压器设计可很方便由下式算出。
B
B
AC
=
m
2
下一步是计算所需气隙。这意味着先要计算无隙磁芯的相对导磁率 µr，它可
由磁芯参数 Ae（有效截面积 cm²），Le（有效磁路长度 cm²），AL（电感系数 nH/
匝²）计算出。
A
L
×
L
e
µ
r
=
0.4
π
×
A
e
×
10
现在可以计算气隙的厚度了。气隙仅在磁芯的中间部分研磨，这样有助于防
止磁芯边沿磁通泄漏对周围元件产生 EMI 噪声（然而对于发展中或小的产品用绝缘
材料垫在磁芯外部获得所需气隙是可以接收的。½必须切记外部气隙是计算值的一
半）。Ig 最小是 0.051mm，这是 Alg 的约束和研磨容许误差。Ig 计算公式如下：
0.4
π
×
N
P
2
×
A
e
L
e
×
10
−
l
g
=
L
P
×
100
µ
r
随着参数的计算和确定我们现在需要计算合适的导线规格。首先需要根据实
际骨架½度(BW)计算可用骨架½度（BWA）, 初级绕组（L）层数，½留½度
（M）。初级可绕 1，2 层或 3 层½要½量减少层数以降½初级绕组电容（也可用胶
带绝缘初级½有效的降½绕组电容）和漏电感。½留尺寸取决于由系统输入电压和
安全处理决定的所需绝缘程度（详见第 4 部分变压器结构）。另一可行办法是次级
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