反激式开关电源变压器的设计方法
反激式开关电源设计详解
反激式开关电源设计详解一、工作原理1.开关管控制：反激式开关电源中，开关管起到了关键的作用。
当输入电压施加在开关管上时，开关管处于导通状态，此时电流流经变压器和输出电路，能量存储在变压器核心中。
当输入电压施加在开关管上时，开关管处于截止状态，此时能量释放，通过一对二极管和电容器形成输出脉冲电流。
2.变压器作用：反激式开关电源中的变压器主要用于将输入电压转换为所需的输出电压。
在导通状态下，输入电压施加在变压器的一侧，能量存储在变压器的磁场中。
在截止状态下，变压器的磁场崩溃，能量释放到输出电路中。
3.输出电路过滤：输出电流通过一对二极管和电容器形成脉冲电流。
为了使输出电流更加稳定，需要通过电容器对输出电流进行滤波，降低脉冲幅度，使输出电压更加平稳。
二、基本结构1.输入滤波电路：由于输入电源通常含有较多的噪声和干扰，为了保障开关电源的正常工作，需要在输入端添加一个滤波电路，通过滤波电容和电感将输入电压的尖峰和噪声滤除。
2.开关控制电路：开关控制电路用于对开关管进行控制，使其在合适的时机打开和关闭。
常见的控制方式有定时控制和反馈控制两种。
3.开关管：开关管在反激式开关电源中起到了关键的作用。
常见的开关管有MOS管、IGBT管等，其特性包括导通损耗、截止损耗和开关速度等。
4.变压器：变压器用于将输入电压变换为所需的输出电压。
同时，变压器还能起到隔离输入电源和输出负载的作用，保护负载。
5.输出整流滤波电路：输出整流滤波电路用于对输出电流进行整流和滤波，使输出电压更加稳定。
三、常见设计方法1.脉冲宽度调制（PWM）控制：PWM是一种常用的反激式开关电源控制方法，通过控制开关管的导通时间来调节输出电压和电流。
PWM控制能够实现较高的效率和较低的输出波纹，但需要一定的控制电路。
2.变压器匹配设计：在设计反激式开关电源时，需要合理选择变压器的匝数比，以实现所需的输入输出电压转换。
同时，还需要考虑变压器的大小和功耗。
反激式开关电源变压器设计步骤(重要)
反激式开关电源变压器设计反激式变压器是反激式开关电源的核心,它决定了反激式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作在一个合理的工作点上。
这样可以让其发热量尽量小，对器件的磨损也尽量小。
同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源性能会有很大的下降，如损耗会加大,最大输出功率会下降.设计变压器，就是要先选定一个工作点，在这个点就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。
第一步，选定原边感应电压V OR 。
这个值是有自己来设定的，这个值就决定了电源的占空比.可能朋友们不理解什么是原边感应电压。
我们分析一个工作原理图。
当开关管开通的时候,原边相当于一个电感，电感两端加上电压,其电流值不会突变，而线性上升:I 升=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，电感电流会下降，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）、开关管管段时间和电感量。
经过一个周期后，原边电感电流会回到原来的值，不可能会变，所以有：Vs ＊T ON /L=V OR ＊T OFF /L 。
即上升了的等于下降了的。
上式中用D 来代替T ON ，用(1-D ）来代替T OFF .移项可得:D=V OR /（V OR +Vs)。
这就是最大占空比了.比如说我设计的这个变压器，我选定电感电压V OR =20V ，则Vs 为24V ，D=20/（20+24）=0。
455。
第二步，确定原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数，平均电流，有效值电流,峰值电流，首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下。
这是一个梯形波横向表示时间，总想表示电流大小，这个波形有三个值，一个是平均值I 平均,二是有效值I ，三是峰值Ip 。
首先要确定平均值I 平均：I 平均=Po/(η＊Vs ）。
行业人士：反激式开关电源变压器的设计方案
行业人士：反激式开关电源变压器的设计方案
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作在一个合理的工作点上。
这样可以让其的发热尽量小，对器件的磨损也尽量小。
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能会有很大下降，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作点，在这个工作点上算，这个是最苛刻的一个点，这个点就是最低的交流输入电压，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。
可能朋友们不理解什幺是原边感应电压，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，来分析一下一个工作周期，当开关管开通的时候，原边相当于一个电感，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，不可能会变，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L，上升了的等于下降了的，上式。
一种实用的反激开关电源变压器设计方法
一种实用的反激开关电源变压器设计方法一、引言反激开关电源变压器是现代电子设备中常用的电源供应器件之一，其设计方法对于电源的性能和稳定性具有重要影响。
本文将介绍一种实用的反激开关电源变压器设计方法，旨在提供一种有效的工程实践方案。
二、反激开关电源的基本原理反激开关电源是一种通过开关管的开关动作来实现电能转换的电源，其基本原理是利用变压器和电容器的耦合作用，将输入电源的直流电压转换为需要的输出电压。
反激开关电源主要由输入滤波电路、功率开关器件、变压器、输出整流电路和控制电路等组成。
三、变压器设计方法1. 确定输入输出电压：根据实际需求确定反激开关电源的输入和输出电压，通常输入电压为220V交流电，输出电压可根据设备需求进行选择。
2. 计算变比：变压器的变比决定了输入电压与输出电压之间的比例关系，一般情况下可以根据公式计算得到变比。
例如，若输入电压为Vin，输出电压为Vout，变比为N，则有Vin/Vout = N。
3. 确定功率：根据设备的功率需求，计算出所需的变压器功率。
功率的计算公式为P = V * I，其中P为功率，V为电压，I为电流。
4. 选择磁芯：根据功率计算结果选择合适的磁芯，磁芯的选择要考虑到磁芯的饱和电流、磁导率和温度特性等因素。
5. 计算匝数：根据变比和所选择的磁芯，计算出变压器的匝数。
变压器的匝数与输入输出电压以及变比之间存在一定的关系，可以通过公式计算得到。
6. 计算电流：根据所需的功率和变压器的匝数，计算出变压器的电流。
变压器的电流决定了变压器的导线截面积和绕线的粗细。
7. 设计绕线：根据计算的匝数和电流，设计变压器的绕线方式。
绕线时要考虑到绕线的紧密程度、层数和绝缘等因素。
8. 耦合系数的选择：根据实际需求选择合适的耦合系数，耦合系数的选择影响了变压器的效率和性能。
9. 核心磁通密度的计算：根据变压器的功率和磁芯的型号，计算出核心磁通密度。
核心磁通密度要符合磁芯的设计要求，同时保证变压器的性能稳定。
反激式开关电源变压器设计
反激式开关电源变压器设计三个电流参数，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，普通比其平均值要大。
而且同样的平均值，可以对应无数个有效值，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。
它这个电流波形的外形是休戚相关的。
我就挺直给出有效值的电流公式，这个公式要用积分才干推得出来，我就不推了，只要大家区别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，适当的调节参数，使有效值最小，发热也就最小，损耗小。
这便优化了设计。
第三步，开头设计变压器预备工作。
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。
记好这两个数，对下面实用。
第四步，选定变压器磁芯，这个就是凭阅历了，假如你不会选，就估一个，计算就行了，若是不可，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何按照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。
我普通是凭阅历来的。
第五步，计算变压器的原边匝数，原边用法的经径。
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幻区间，由于加上方波电压后，这个磁感应强度是变幻的，正是由于变幻，所以其才有了变压的作用，NP=VS*TON/SJ*B，这几个参数分离是原边匝数，，最小输入电压，导通时光，磁芯的横节面积和磁芯振幅，普通取B的值是0.1到0.2之间，取得越小，变压器的铁损就越小，但第1页共2页。
反激式开关电源变压器设计说明
2.6 计算一次绕组最大匝数Npri
Lpri 452*10-6
Npri = =
= 61.4匝 取Npri=62匝
AL 120*10-9
2.7 计算二次主绕组匝数NS1〔NS1为DC+5V绕组
Npri<V01+VD><1-Dmax> 62*<5+0.7>*<1-0.5>
Ns1=
=
= 2.78匝
Vin<min>Dmax
技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(2)
表二 变压器窗口利用因数
变压器情况
窗口
反激式变压器 一个二次绕组 两个或多个二次绕组 相互隔离的二次绕组 满足UL或CSA标准 满足IEC标准 法拉第屏屏蔽
1.1 1.2
1.3 1.4 1.1 1.2 1.1
用下式按变压器情况将各窗口利用因数综合起来 Knet=Ka.Kb…
技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(2)
变压器绕制结构如下：
0.06/3层 0.06/3层 0.06/3层 0.06/3层
偏置绕组 ½一次绕组 二次绕组 ½一次绕组
3mm
3mm 技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(2)
2.11 计算变压器损耗
1铜损：Pcun = NnV* MLT*Rn>In2 MLT = 2E+2C=2*25.27+2*9.35=69.24mm
5+0.7
取13匝
技术部培训教材
反激式开关电源变压器设计(2)
2.9 检查相应输出端电压误差 Vsn
δVsn%=<< = *Ns’n-Vsn>/Vsn>*100% Nsn
单端反激式开关电源变压器设计
单端反激式开关电源变压器设计首先是参数的确定。
设计单端反激式开关电源变压器时，需要确定其输入和输出电压、输出功率、工作频率等参数。
根据实际应用需求和性能要求，确定合理的参数是设计的第一步。
接下来是线圈绕制。
根据确定的参数，计算出合适的线圈匝数和绕线方法。
线圈绕制时，需要注意绕线的密度均匀性和固定性，以避免绕线过松或过紧，影响线圈的性能和寿命。
然后是磁芯选择和计算。
磁芯的选择与设计密切相关，它直接影响到电源变压器的效率、功率损耗和体积等。
根据输入输出电压和功率的关系，可以选择适当的磁芯材料和规格。
同时，需要根据工作频率和磁芯的特性计算线圈的匝数和绕制方法。
绝缘和耐压设计也是单端反激式开关电源变压器设计的重要环节。
电源变压器在工作时会有高电压和高频的信号通过，因此需要进行良好的绝缘和耐压设计。
合理的绝缘材料和绝缘结构可以保证电源变压器的安全可靠性。
在设计过程中，还需要考虑电源变压器的散热和冷却。
电源变压器在工作时会产生一定的热量，需要通过散热和冷却措施来保持合适的温度。
合适的散热风扇和散热片等可以有效地降低电源变压器的温度，提高其效率和寿命。
最后，还需要进行电磁兼容性设计。
电源变压器在工作时会产生一些电磁干扰信号，需要采取适当的电磁屏蔽和滤波措施，以防止其对周围电子设备和系统产生干扰。
综上所述，设计单端反激式开关电源变压器是一个比较复杂的工程，需要综合考虑各个方面的问题，并进行合理的计算和设计。
只有在合理选择参数、绕制线圈、选择磁芯、考虑绝缘和耐压、散热和冷却、以及电磁兼容性等问题时进行综合考虑和设计，才能设计出高效、稳定、可靠的单端反激式开关电源变压器。
(完整版)反激式开关电源的设计方法
1 设计步骤:1.1 产品规格书制作1.2 设计线路图、零件选用.1.3 PCB Layout.1.4 变压器、电感等计算.1.5 设计验证.2 设计流程介绍:2.1 产品规格书制作依据客户的要求，制作产品规格书。
做为设计开发、品质检验、生产测试等的依据。
2.2 设计线路图、零件选用。
2.3 PCB Layout.外形尺寸、接口定义，散热方式等。
2.4 变压器、电感等计算.变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，2.4.1 决定变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式Gauss x NpxAeLpxIp B 100(max ) ➢ B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)➢ Lp = 一次侧电感值(uH)➢ Ip = 一次侧峰值电流(A)➢ Np = 一次侧(主线圈)圈数➢ Ae = 铁心截面积(cm 2)➢B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK FerriteCore PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的Power 。
2.4.2 决定一次侧滤波电容:滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。
2.4.3 决定变压器线径及线数:变压器的选择实际中一般根据经验，依据电源的体积、工作频率，散热条件，工作环境温度等选择。
当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
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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结构中，反激式开关电源以其小体积、低成本的优势，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，因此增加了设计的复杂性。
本文考虑到了两种工作模式下的差异，详细介绍了反激变压器的设计方法和步骤。
2基本原理
R
1
V o
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r T 导通时，输入电压i V 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1D 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r T 关断时，励磁电感的电流使初级和次级绕组电压反向，1D 导通，储存在线圈中的能量传递给负载。
按照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。
初级
次级
初级
次级
I p2I p1I s2
I
s1
I p2
I
p1
I s2
I s1
DCM
CCM
图2 DCM 和CCM 电流波形
DCM 为完全能量转换，在开关管开通时，初级电流从零开始逐渐增加，开关管关断期间，次级电流逐渐下降到零。
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）各项参数的确定
反激式开关电源变压器的设计中涉及到很多参数，因此在计算之前必须要明确已知量和未知量。
已知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i
V （i min i i max V V V ≤≤），输出电压o V ，输出功率o P ，效率o i
P =
P η，工作频率1
f=T 。
未知量即所要求的参数包括：磁芯型号，初级线圈匝数p N ，次级线圈匝数s N ，初级导线直径p d ，次级导线直径s d ，气隙长度g l 。
另外，为了能够对未知参数进行求解，我们还必须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
max D 来进行后续的计算。
为简化计算公式，本文中忽略开关管及二极管导通压降。
（2）选取磁芯
在设计中要综合考虑所设计电源的功率、频率、拓扑结构选择合适的磁芯。
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w A （磁芯窗口面积，单位2cm ）和e A （磁芯有效面积，单位2cm ）的乘积[2]。
4
4t w e f u w P 10AP=A A =（cm ）
K K B Jf
⨯⨯ 式中，t P 为视在功率，t i o P =P +P ；
f K 为波形系数，此中取1；
u K 为窗口使用系数，一般为0.2~0.4；
w B 为工作磁通密度（T ）。
w rp m B =ZK B [3]，Z 为损耗分配系数，取0~1；rp K 为
脉动系数，CCM 时，rp K <1，DCM 时，rp K =1；m B 为磁芯材料的最大磁通密度（T ）；
J 为电流密度（2A/cm ），一般取200~600； 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w e A A ⨯合适的磁芯型号。
（3）计算初次级线圈匝数
磁芯型号确定后就知道了磁芯有效面积e A ，这样就可以计算出初级线圈匝数。
由电磁感应定律可得
44
i on i min max p w e w e V t 10V D 10N ==B A B A f
⨯⨯ （1）
式中， e A 单位取2cm 。
根据伏秒法则on on off off V t = V t ⨯⨯，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off V 称为反射电压，用f V 表示。
可知，
i on i min max
f off max
V t V D V =
=
t 1D - 初次级匝数比等于
p f i min max
s
o o max
N V V D =
=N V V 1D ⋅
- 初级线圈匝数已由式（1）求出，因此，再根据匝比可得到次级线圈匝数：
o max
s p
min max
V 1D N =N V D -⋅
（4）确定初次级电流
DCM 和CCM 模式下电感线圈中电流p1I 、p2I 、s1I 、s2I 含义如图2所示。
对于初级电流，可知
p1p2
o
i i min max I +I P P =
=V D 2
η
⋅
⋅ （2）
DCM 时，p1I =0；
CCM 时，设计中通常取p2p1I =3I 。
将以上两式分别和式（2）联立，可解出DCM 和CCM 情况下p1I 和p2I 的值，然后可根据如下公式计算出两种情况下初级线圈中电流有效值：
prms I 在
DCM 模式时，上式可以简化为
prms I =I 同理，对于次级电流，
s1s2
o o max I +I P =V （1-D ）2
⋅
⋅ DCM 时，s1I =0； CCM 时，s2s1I =3I 。
解出s1I 和s2I 后，可以根据公式计算出DCM 和CCM 两种情况下次级线圈电流有效值srms I 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决定。
在计算出初级和次级的电流有效值的基础上，导线直径可根据如下公式计算：
其中，d 为导线直径（mm ）；
srms I 为电流有效值（A ）；
J 为电流密度（2A/mm ）。
（6）计算气隙长度
为避免磁芯饱和，通常要在磁回路中加入一个适当的气隙。
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p L ：
i i min max p p p2p1V V D
L =
=dI f （I -I ）dt
（3） 初级线圈电感量和气隙长度有如下关系式 [5]：
0p e
g p
N A l =
L μ （4）
式中，g l 为气隙长度（mm ）； 0
μ等于7410π-⨯； p N 为原边匝数； p L 为原边电感（mH ）
； e A 为磁芯面积（2mm ）。
通过（3）（4）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
本文从反激式开关电源的基本原理出发，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，并根据试验数据进行优化和修改，制作出符合要求的变压器。
参考文献
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[5] 张占松, 蔡宣三. 开关电源的原理与设计[M]. 修订版. 北京:电子工业出版社, 2004.。