反激式开关电源变压器的设计方法.docx

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1、反激式开关电源变压器的设计方法1 引言在开关电源各类拓扑构造中，反激式开关电源以其小体积、低本钱的优势， 广泛应用在高电压、小功率的场合。反激式开关电源设计的关键在于其变压器的设计。由于反激变压器可以工作在断续电流DCM和连续电流CCM两种模式，因此增加了设计的简单性。本文考虑到了两种工作模式下的差异，具体介绍了反激变压器的设计方法和步骤。2 根本原理VNpNsiC1TrD1VoR图 1 反激变换器原理图反激变压器实际上是一个耦合电感，首先要存储能量，然后再将磁能转化为电能传输出去1。如图 1 所示，当开关管Tr导通时，输入电压Vi加在变压器初级线圈上。由于初级与次级同名端相反，次级二极管D1

2、截止，能量储存在初级线圈中，初级电流线性上升，变压器作为电感运行。当Tr关断时，励磁电感的电流使初级和次级绕组电压反向，D1导通，储存在线圈中的能量传递给负载。依据电感线圈中电流的特点，可分为断续电流模式DCM和连续电流模式CCM。电流波形如图 2 所示。Ip2DCM初级Ip1Is2次级Is1Ip2I初级p1CCMIs2I次级s1图 2DCM 和 CCM 电流波形DCM 为完全能量转换，在开关管开通时，初级电流从零开头渐渐增加，开关管关断期间，次级电流渐渐下降到零。 CCM 为不完全能量转换，开关管开通时，初级电流有前沿阶梯，开关管关断期间，次级电流为阶梯上叠加的衰减三角波。3 设计步骤（1）

3、 各项参数确实定反激式开关电源变压器的设计中涉及到很多参数，因此在计算之前必需要明确量和未知量。参数一般由电源的设计要求和特点来确定，包括：直流输入电压Vi Vi min V Vii max，输出电压Vo，输出功率Po，效率h =P ，工作频率f= 1 。oPTi未知量即所要求的参数包括：磁芯型号，初级线圈匝数Np，次级线圈匝数N ，s初级导线直径dp，次级导线直径ds，气隙长度l 。g另外，为了能够对未知参数进展求解，我们还必需要指定开关管的耐压值或开关的最大占空比。本文中，以规定满载和最小输入电压条件下最大占空比为Dmax来进展后续的计算。为简化计算公式，本文中无视开关管及二极管导通压降。

4、（2） 选取磁芯在设计中要综合考虑所设计电源的功率、频率、拓扑构造选择适宜的磁芯。在选定了磁芯的厂家、材质后，最常用的是通过计算磁芯面积乘积AP 来确定磁芯的尺寸。AP 为Aw的乘积2。磁芯窗口面积，单位cm2 和A磁芯有效面积，单位cm2 eAP=A A =P 104tcm4式中， P为视在功率， Pw=P +P ；eK K B Jff u wttioK 为波形系数，此中取 1；fK 为窗口使用系数，一般为 0.20.4；uB 为工作磁通密度T。Bww=ZK Brp m3，Z 为损耗安排系数，取 01；K 为rp脉动系数，CCM 时， Krp通密度T；1，DCM 时， Krp=1； Bm为磁

5、芯材料的最大磁J 为电流密度 A/cm 2，一般取 200600；f 为工作频率Hz。计算出面积乘积 AP 后，可以通过查找磁芯手册，选择Aw型号。（3） 计算初次级线圈匝数 A 适宜的磁芯e磁芯型号确定后就知道了磁芯有效面积Ae数。由电磁感应定律可得，这样就可以计算出初级线圈匝V t 104V D 104N = i onpB Aw e= i minmaxB A fw e1式中， Ae单位取cm2 。依据伏秒法则Von t = Vonoff toff，即稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间 4。对于反激变压器初级电感线圈，将开关管关断时刻Voff称为反射电压

6、，用Vf表示。可知，V tV DV = i onft= i min-1 Dmax初次级匝数比等于offNVVmaxDp = f =NVsoi minVomax-1Dmax初级线圈匝数已由式1求出，因此，再依据匝比可得到次级线圈匝数：VN =Nosp V 1 - DDmax（4） 确定初次级电流minmaxDCM 和 CCM 模式下电感线圈中电流I 、I 、Ip1p2s1、I 含义如图 2 所示。对s2于初级电流，可知PP = oih=Vi minI +Ip1p22 Dmax2DCM 时，Ip1=0 ；CCM 时，设计中通常取Ip2=3I 。p1将以上两式分别和式2联立，可解出 DCM 和 CC

7、M 状况下Ip1和I 的值，p2然后可依据如下公式计算出两种状况下初级线圈中电流有效值：Dmax p1I+I - I2p2(I+ p22p1 - Ip112)2 I=prms在 DCM 模式时，上式可以简化为Dmax3I =Iprmsp2同理，对于次级电流，P =VooIs1+Is2 1-D2maxDCM 时，Is1=0 ；CCM 时，Is2=3I 。s1解出I 和Is1s2后，可以依据公式计算出 DCM 和 CCM 两种状况下次级线圈电流有效值Isrms的大小。（5） 计算初次级线径变压器导线直径由电流有效值和电流密度打算。在计算出初级和次级的电流有效值的根底上，导线直径可依据如下公式计算：

8、d=1.13其中，d 为导线直径mm；IrmsJIsrms为电流有效值A；J 为电流密度 A/mm2 。（6） 计算气隙长度为避开磁芯饱和，通常要在磁回路中参加一个适当的气隙。由电感的电流电压关系式可得反激变压器初级线圈电感量L ：pVL = iVD=i min max3pdIpdtfI -I p2p1初级线圈电感量和气隙长度有如下关系式 5：mN Al = 0 p egL4式中，lgp为气隙长度mm；m等于4p 10-7 ；0N 为原边匝数；pL 为原边电感mH；pA 为磁芯面积 mm 2。e通过34式，即可计算出理论上需要的气隙长度。至此，反激变压器的各项主要参数设计完成。4 结语本文从反

9、激式开关电源的根本原理动身，介绍了反激变压器的设计方法及各主要参数的计算过程。实际的设计中，可以此为指导，并依据试验数据进展优化和修改，制作出符合要求的变压器。参考文献1 赵修科. 开关电源中磁性元器件M/OL. 2023-8. .2 Mclyman C W 著,龚绍文译. 变压器与电感器设计手册M. 第三版. 北京:中国电力出版社, 2023.3 沙占友, 马洪涛. 基于AP 法选择高频变压器磁芯的公式推导及验证J. 电源技术应用, 2023(11).4 Maniktala S 著,王志强等译. 精通开关电源设计M. 北京:人民邮电出版社, 2023.5 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计 M. . 北京:电子工业出版社, 2023.