几种开关电源变压器设计计算方法

1、RCC方式电源变压器设计计算方法在RCC设计中，一般先设定工作频率，如为 50K,然後设定工作 DUTY在90V入力，最大 输出时为假设设计一功率为 12V/1A1. 最大输出电流为定格电流的 倍，取倍.2. 出力电力 Pout=Vout x lout = 12V x 1.3A3. 入力电力 Pin = Pout/ n =(RCC率 n一般设在 65%75% ， 取 70%)4. 入 力 平 均 电 流lin=Pin/Vdc(lNmin)=85*=( Vin(DCmin) = Vac(lnmin) x5. T=1/swF=1/50K=20uS Ton=Toff=10uS6. lpk=lin 入

2、力平均电流 *2/DUTY=*2/=7. 一 次 侧 电 感 量Lp=Vin(DCmin)*Ton/lpk=102*10/=1159uH取 1160uH8. 选择磁芯 ，根据磁芯规格 ，选择 El28.Ae=0.85CMA2 动作磁通=20002800 取2000(当然，这是很保守的作法 )9.Np=Ipk*Lp*K/Ae* Bm=*1160*100)/*200 0)=60Ts9. Ns=(Vout+Vf)*Np/Vin(DCmin)= 取 8Ts10. 辅助电压取 5V(电晶体)如功率管使 用MOSFET则应设为11V11. Vin(DCmin)/Np=Vb/NbNb= 取 3Ts故变压器的

3、构造如下 :Lp=1160uH Np=60TsNs=7Ts Nb=3Ts以上采用三明治绕法 : 三明治绕法详解 : 所谓三明治就是夹层绕法 ,因结构如同三 明治一样 ,所以叫三明治绕法 .通常会有两种绕法 :1. 一次侧平均法，就是a.最底层绕上一半 的圈数，b然後再绕二次侧，c.再绕一次侧 的另一半.d.再绕Vcc最常用的做法还会在 二次侧上下两层各加一铜箔或绕线屏蔽 . 在小功率上会起到 Y 电容的效果 ，所以说 在小功率上有些人说可以不用 Y 电容 ，其 实在整体成本上没有太大的差别 .2. 屏蔽绕法，就是a.最底层绕上与二次相 同的圈数，b然後再绕二次侧，c.再绕一次 侧的其它圈数.d

4、.再绕Vcc这种方式很少加 屏蔽.当然还有很多种不同的配对方式.但基本 原理是一样的.三明治的真正用意就是减小漏感，人为的在一次与二次之间加上一个寄生电容.用三明治绕法不可以短路为什么 （短路指输出短路保护）设计参数选取有问题。1. 从理论上说，漏感大了，IP值也 就大了，电流模式下的取样也就大了， 短路自然好做，也没什么奇怪的。2. 三明治绕法可以减小漏感，但会 增加层间电容，所以对 EMI的传导反而 不利，必须在原、副边跨接一个 Y电容 解决。因此，小功率场合一般不米用三 明治绕法。 般RCC设计时都把重载低压定在50KH z.反激式电源设计计算方法单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合

5、电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工 作于连续模式和断续模式的单端反激变换器 的变压器设计进行了总结。1、已知的参数这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定，包括：输入电压Vin、输出电压 Vout、每路输出的功率Pout、效率n开关频率fs(或周期T)线路主开关管的耐压 Vmos。2、计算在反激变换器中，畐边反射电压即反激电压Vf与输入电压之和不能高过主开关管的耐压，同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。反激电压由下式确定：Vf=VMos-VinDCMax-150V 反激电压和输出电压的关系由原、畐边的匝比确定。所以确定了反激电压之后，就可以确定原、畐边 的匝

6、比了。Np/Ns=Vf/Vout 另外，反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态，根据在稳态下，变压器的 磁平衡，可以有下式：VinDCMinDMax=Vf(1-DMax)设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为Ip1，当开关管关断时，原边电流上升到Ip2。若Ip1 为 0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。由能量守恒，我们有下式：1/2(Ip1 lp2)DMaxVinDCMin=Pout/ n一般连续模式设计，我们令 Ip2=3Ip1 这样就可以求出变换器的原边电流，由此可以得到原边电感量：Lp= DMaxVinDCMin/fs A Ip对于连续模式， A

7、lp=lp2lp1=2lp1 ;对于断续模式，Alp=lp2。可由 AwAe 法求出所要铁芯：AwAe=(Lplp22104/BwK0Kj)在上式中Aw 为磁芯窗口面积，单位为 cm2Ae 为磁芯截面积，单位为 cm2Lp为原边电感量，单位为 Hlp2 为原边峰值电流，单位为 ABw 为磁芯工作磁感应强度，单位为 TK0 为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为 Kj为电流密度系数，一般取 395A/cm2根据求得的 AwAe 值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有 效使用系数较高，同时可以减小漏感。有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式：Np

8、=Lplp2104/BwAe 再根据原、畐边的匝比关系可以求出畐边的匝数。有时求的匝数不是整数，这时应该调整某些参数， 使原、畐边的匝数合适。为了避免磁芯饱和，我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙，计算如下：lg= nNp2Ae108/Lp在上式中， lg 为气隙长度，单位为 cmNp 为原边匝数，Ae 为磁芯的截面积，单位为 cm2Lp为原边电感量，单位为 H至此，单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。 我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、 变压器的损耗和温升是否可以接受。同时，在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。反激变压器设计 （参数，步骤 ），计算公式 .本文结合具体例子

9、，在经典书籍基础上，提供了更简洁明了的反激变压器设计方法。并对较难 理解部分做了详细解释。一、设计初始条件：输入电压范围： AC 85-265V输出电压和电流见下表：（最大输出功率 50W ，最大输入功率不大于 75W ）项目特色：低 成本、高交叉调整率。实现该特色关键在于反激变压器设计。在开关管开通时，原边电流不断 上升，在 Ton 结束时至峰值 Ip ，这个 Ip 在开关断开的瞬间，会被传递到副边。最初传递到 副边的电流在副边的分配原则是：大多数会传递到漏感最小的那一路输出。如果这一路没有用 做开关管 PWM 的反馈控制，它的峰值就会很高。调试中通过对该路增加副边小电感来控制开 关关断期间

10、副边调整率的变化率，从而实现了较高的交叉调整率。变压器设计参数：设计前先要确定参数：磁芯，预设频率，最大占空比，输入输出参数，预估效率（用于估算输 入平均电流），设计中参数初选如下：磁芯采用 NICERA FEER-28L（详细选择步骤参见 ，f = 90kHz , Dmax =，最小输入电压 Vin =110V，输岀折合到5V电流10A，效率 n = 75 %。计算变压器，一般选择最低的交流输入电压，最大的输出功率做为工作点，这个是最苛刻的一 个点，原因见后面分析 A1 。设计步骤：Np = Vs*To n/(1 ，根据法拉第定律，计算最低输入电压，最大负载条件的原边乍数： Bac*Ae）.

11、 Bac=kBs(k= 该步骤在具体设计时，可以先大致估算一下直流交流成分比例，根据输入功率计算平均输入电 流，并根据占空比计算开关开通时的平均电流，然后由直流交流比算出原边电感 Lp 。在绕制 变压器时，调节气隙，调节原边电感值为 Lp 。在此取 k =, Vs = 110V ,代入得到 Np =，取28 o2, 根据输岀输入电压计算副边乍数：在此，Np=28 ， Vo= ， D =ton = 5 S， Bac =Ns:Np = Vo ( 1-D )， Vp = 110V ，代入得：12V 线圈接于 5V 整流管后，为方便调试，实际变压器取了 3 副边伏秒值减小，增加了电能传输时间，利于变压

12、器工作。， Ae = 87mm2 。/ Vp*D 。Ns = 。考虑实际线路中， 乍。也就是 Dmax 大概为3, 确定开关开通工作时，直流成分 Idc 和交流成分 Iac 的大小， Idc 和 Iac 的确定。通过调 节气隙大小来实现。选定原则：变压器磁通在满足 Bac+ Bdc Bs ，取 Iac 较小值，保证较小损耗的正常工作。Idc/lac = k比值选取，根据输入范围大小选取。输入范围较大，k可取的大一些，；输入范围小，则可取的小一些， 。此时取 k = 1 , 110V输入时，此时平均电流：Is = 75/110 = 0.68A , 开关开通时间平均电流： Ion =( IsxTs

13、 ) /ton = 1.98A，由图 c，易得 Idc = lac = 2/3*lon = 1.32A，原边电感， Lp = (VsX t)/Iac = 316 卩 H。Lg = 卩 0*Np2*Ae/Lp=4 n * 17*282*87/316= 0.27mm ，实际取 0.3mm ，换算实际 Lp = 285 卩 H， Iac = 1.46A ， Idc = 1.25A。验算 Bac+ Bdc Bs ， Bac = Vs*ton/ ( Np*Ae )= 110* 卩 S/ ( 28*87 )=171mT ； Bdc = 卩 H = 卩 0*Np*Idc/Lg = 4n * 10-7*28*

14、= 146mT Bac+ Bdc = 171+146 = 317mT370mT 。4 ，其余各绕组乍数确定在实际线路中， 5V 和 12V 接法如图，减少了 5V 二极管压降对 12V 的影响，提高了交叉调 整率。12V 按副边电压计算乍比，设计为：4 。 12V 采用了二次线性稳压，采用 8 乍，供电绕组也是 8 乍。交叉调整率的调试通过在副边增加小电感 Lg1 ， Lg2 来控制开关关断初期，副边绕组电流的分配。如下图。Lg1 ， Lg2 具体电感值可参考以下式子：以上总结了反激多路输出变压器设计要点：1 、 确定原边直流、交流峰值比，此值决定开关电源工作模式(DCM ， CCM )。2

15、、 通过增加小电感，改善反激多路输出交叉调整率的方法。综上所述：最大占空比 Dmax (或者乍比)， Bac (或者 Np )， Lg (或者 Lp )是变 压器的关键因素。他们决定了变压器的主要参数：Dmax决定了乍比，在频率确定时，影响着伏秒值和能量传输时间，和Vds有直接关系; Bac ,决定最小 Np ,在 Np = Vs*Ton/( Bac*Ae)中，当 Bac = Bs ,得到的 Np 最小值，小于此值，就不能通过增大气隙使变压器远离饱和。Lg (或者Lp )，决定了 Iac，由于变压器最大储能=1/2Lpl2，所以进而决定了变压器最大储能。问题：1、 计算原边乍数时，曾取 Bac

16、=kBs(k= ，为什么2、计算变压器，一般选择最低的交流输入电压，最大的输出功率做为工作点，这个是最苛刻 的一个点。为什么3、开关开通时原边直流成分是否参与了能量传递4、开关电源的原理和设计中有段话：自我功率限制系统是什么原因简答 1 ，2 ,从 Np = Vs*Ton/( Bac*Ae)，从变压器最大储能二1/2LpI2 = 1/2Lp( VsTon/Lp ) 2 = 1/2 ( Vs*Ton ) 2/Lp，易于理解。单端反激式开关变压器设计设计条件1 输入AC电压范围2输岀直疣电压3输岀电流或功率 4工作频率 工最大占空比VVA或WHZ&输岀电流或功率 A或W7工作频率HZ一.根据AE输

17、入电压计算岀最小輸入DE电压利最大输入DC电压工作范围MINMAXDCMINDCMAX初级反肘输岀电压VacniitiVacniasVdcniiiiV dcmasVor100120V85V132V94V187 V60V85265V85V265V94V371V135V230240V195V253V253V354V135V二确定在低电网电压吋的最大占空比=%初级反射电压一讥卄的W也 开芋酱7F向导涓平均由馬惜尢右四廿算变圧器铁芯参数 根据工作模式按最大值选职AP = Aw*Ac=1.6104F*AB*J*Ku*J连续棧武IrIp!/A断续模戎AP：面积乘积CM4AW：铁芯窗口面祝CM2 AG铁芯截

18、面祝CM2Pin：输入功率W F：频率HZ Bm：工作磁感应曲度T 一般0.10.25J：电流密度 WKu：窗口利用系数取02.4五廿算初级电流峰值和有效值: 单端反激式变换器的初级工作模式分为两种:连续模师断续模式其初级绕俎电流波形如下:Krp =Krp：电溯动系数100/120VAC輸入Krp值取0.41.0 85265V或230V取0.61.0利用Ir和Ip的比例关系，亦即Krp的数值，可娠量描述开关电源的工作模丸Krp的取值范阖是01.0, 若取Irfp,即Krp=1.0,就将开关电源设定在断续模忑当Ir,即Krpvl.0昉开关电源就被设定为连续 樟丸 年际卜齐晰续和诈续樟式间#于严格

19、的杲酿而是科F-个;寸滔寸和 对干给定的审沛输入Dmax：最大占空比Pin：输入功率 WEran：输入最小DC电压VIp：初级峰值电流AIrnis = Ip* / Dmax*(Krp3Krp+l)Irms s初级电流有数值A六计算初级电感量F*(Ip2-Ipl)Enun：输入最小DC电压Dmaxs最大占空比Lp:初级电感HV F：频率HZIpl =Ip2(l-Krp)Krp=Ir/Ip2nUpmin* Dmax当电路为断续模式时,EmirFtnak22*Fin 儿F七计算初级和次级绕组圈数:或Emm 忙 maxTOFni*AeF：频率 HZBm：Ae：磁芯截面积cn?工作磁感强度TNp= %护

20、Bmax:4:Ae匝比Dmaxn=1-DmaxUpminUp2Nsl=Np _ Np*(1-Dmax)FsLp ALnim八计胃初级利尹级线隹(min)Dp= 1.13 vsl= 1.13 /l2/J12 2次級电流有奴值 A洪:级电流有效值的计芹isp 1 = Nsl Is 1 rms = Isp I =z/x (1 -DmaxKrp/-JCrp-l-1)九核賊關聪锯(on)。Lg=LP：初级鹹HAe；鉄芯载面积cm2:l单蔽飆娥訓冊觑翹鎚犒鮫压器的爛芯爐肛俺粽仏如呆变压器在邛嚨通稠舸瓣发点,蚯器械通镰Wffl重复而砂増尢搐期芯觴、癮电涵高压尖 玆I娜主孵开关菅。解擁通範師簸撇靠耀劭错轍，合謝議稚粽礬器 就I化遍幽大电源爛出孵,就娅馳敲W3蹴并冃醐讶歸开关孵，靴初级欤躺燃醜处公册鄭裁只巻酗1粥爛翱毬石的黠讎输出懈課雜幅至此单端反赋邂黜主要诙顶