反激式开关电源变压器设计—Fairchild_资料
反激式开关电源变压器设计
1.11 计算变压器铜损 1）按照选取的磁芯，估算出变压器平均绕组长度MLT。 例如对EE型磁芯MLT估算方法如下： MLT=E+D+（E-D）+2C=2E+2C
其它型号磁芯估算MLT可依此方法类推。 2）按下试计算各绕组铜损 Pcun=(Nn*MLT*Rn)In2 式中：Pcun —— 第n绕组铜损，单位为瓦 Nn —— 第n绕组匝数，单位为匝 MLT —— 平均绕组长度，单位为m Rn —— 第n绕组导线每米长电阻，单位为Ω； In2 —— 第n绕组额定电流，单位为A； n —— 绕组序号，n=1,2,3……
第二种是计算方式，首先假定变压器是单绕组，每增加一个绕组并考虑 安规要求，就需增加绕组面积和磁芯尺寸，用“窗口利用因数”来修整。 单绕组电感磁芯尺寸按下式计算： 0.68Pout dwx105 Ap=AwAe= Bmax f 式中： dw ------ 一次绕组导线截面积，单位为：cm2； Bmax ---- 最大工作磁通密度，单位为T； f ------- 工作频率，单位为Hz; Pout ---- 变压器总输出功率，单位为W。 窗口利用因数按下表计算。
1）估算总的输出功率：Po=V01xI01+V02xI02…… 2）估算输入功率：Pin= Po/η 3）计算最小和最大输入电流电压 Vin(MIN)=ACMINx1.414(DCV) Vin(MAX)=ACMAXx1.414(DCV)
4）计算最小和最大输入电流电流 Iin(MIN)=PINxVIN (MAX)
1.6 计算一次绕组所需的最大匝数Npri
Lpri Npri = AL 1.7 计算二次主绕组（输出功率最大的绕组）所需匝数Ns1 Npri(V01+VD1)(1-Dmax) NS1 = (匝) Vin(min) Dmax 1.8 计算二次其它绕组所需匝数Nsn
反激式开关电源变压器设计
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反激式开关电源变压器设计(2)
1.9 检查相应输出端的电压误差 Vsn N’sn-Vsn)/Vsn)x δVsn%=(( = N’sn-Vsn)/Vsn)x100% Nsn 式中： 式中： 相应输出电压精度%; δVsn% ———— 相应输出电压精度%; 相应输出电压值； Vsn ———— 相应输出电压值； 计算的相应输出电压匝数； Nsn ———— 计算的相应输出电压匝数； 选取的整数相应输出电压匝数。 N’sn ———— 选取的整数相应输出电压匝数。 如果输出电压不能满足规定的精度，可以将主输出绕组Ns1增加一匝， Ns1增加一匝 如果输出电压不能满足规定的精度，可以将主输出绕组Ns1增加一匝， 再计算相应输出绕组匝数，看能否满足相应精度， 再计算相应输出绕组匝数，看能否满足相应精度，如果这样修改结果仍 不满足要求，只可回到开始阶段，增加一次绕组匝数， 不满足要求，只可回到开始阶段，增加一次绕组匝数，重新计算一次绕 组匝数,直到满足要求为止，但是增加一次绕组匝数， 组匝数,直到满足要求为止，但是增加一次绕组匝数，会使变压器工作磁 通密度向小的方向调整,这可能造成在较低输入电压时, 通密度向小的方向调整,这可能造成在较低输入电压时,输出无法达到额 定的电压, 定的电压,所以在变压器设计时要适当的处理好输出电压精度和额定输出 电压值的关系. 电压值的关系.
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反激式开关电源变压器设计(2)
3）按下式计算变压器铜损 Pcu=Σ Pcu=Σpcun 1.12 计算变压器铁损Pc 计算变压器铁损Pc 变压器铁损可根据选取的磁芯型号、材质、 变压器铁损可根据选取的磁芯型号、材质、按照变压器工作频率和 磁通密度从磁芯手册中查得. 磁通密度从磁芯手册中查得. 1.13 验证变压器损耗是否符合设计要求 按下式计算变压器的损耗值: 根据变压器规定的效率η按下式计算变压器的损耗值: PT=Pin-PO=PO/η -PO Pcu+Pc),变压器设计合格 如果计算的（Pcu+Pc)值大于 变压器设计合格， 值大于P 若PT ≥（Pcu+Pc),变压器设计合格，如果计算的（Pcu+Pc)值大于PT 这时就要依情况调整绕组导线线径或改变磁芯尺寸或材质， 值，这时就要依情况调整绕组导线线径或改变磁芯尺寸或材质，以满 足变压器的损耗符合要求。 足变压器的损耗符合要求。
反激式开关电源变压器的设计(宝典)
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设计变压器的方法。
设计变压器，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，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。
可能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。
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作周期的工作情况，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，不可能会变，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？好懂吧!上式中可以用Ｄ来代替T ON ，用(１图一－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图所示。
反激式开关电源变压器设计参看详解
Npri(V01+VD1)(1-Dmax)
NS1 =
(匝)
Vin(min) Dmax
8. 计算二次其它绕组所需匝数Nsn
Nsn =
(Von+VDn) Ns1 V01 + VD1
(匝)
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反激式开关电源变压器设计(2)
1.9 检查相应输出端的电压误差
Vsn
δVsn%=(( =
N’sn-Vsn)/Vsn)x100%
0.65(16)
0.5(11)
0.80(20)
1.1(30)
1.1(30)
1.4(35)
1.5(38)
1.8(47)
2.0(51)
2.4(60)
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反激式开关电源变压器设计(2)
第二种是计算方式，首先假定变压器是单绕组，每增加一个绕组并考 虑安规要求，就需增加绕组面积和磁芯尺寸，用“窗口利用因数”来修整 单绕组电感磁芯尺寸按下式计算：
A’p=Knet.Ap
按照上计算A’P值,加一定裕度,选取相适应的磁芯.
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反激式开关电源变压器设计(2)
4. 计算一次电感最小值Lpri
Vin(min).Dmax
Lpri =
(H)
Ipk f
式中：f单位为Hz
5. 计算磁芯气隙Lgap
0.4 πLpriIpk . 108
Lgap =
cm2
Iin(MIN)=PINxVIN (MAX) Iin(MAX)=PINxVIN (MIN) 5 估算峰值电流：
K POUT IPK =
VIN (MIN) 其中：K=1.4(Buck 、推挽和全桥电路）
K=2.8(半桥和正激电路） K=5.5(Boost，
Fairchild FAN6300A 90W电源适配器设计方案
Fairchild FAN6300A 90W电源适配器设计方案公司的FAN6300A/H是高度集成的准谐振控制器,适用于反激电源转换器, FAN6300A工作频率可低于100kHz, FAN6300H工作频率可高达190kHz,具有高压起动和峰值模式控制,以及逐个周期的限流,主要用于AC/DC 笔记本电脑适配器和开架(SMPS).本文介绍了FAN6300A/H 主要特性, 功能方框图, 典型应用框图以及90W(19V/4.74A)适配器参考设计完整和材料清单(BOM).The highly integrated FAN6300A/H of PWM controller provides several features to enhance the performance of flyback converters.FAN6300A is applied on quasiresonant flyback converters where maximum operating frequency is below 100kHz. FAN6300H is suitable for high-frequency operation (up to 190kHz). A built-in HVstartup circuit can provide more startup current to reduce the startup time of the controller. Once the VDD voltage exceeds the turn-on threshold voltage, the HV startup function is disabled immediately to reduce power consumption. An internal valley voltage detector ensures power system operates atquasi-resonant operation over a wide-range of line voltage and any load conditions, as well as reducing switching loss to minimize switching voltage on drain of power .To minimize standby power consumption and light-load efficiency, a proprietary green-mode function provides off-time modulation to decrease switching frequency and perform extended valley voltage switching to keep to a minimum switching voltage. The operating frequency is limited by minimum toff time, which is 38μs to 8μs in FAN6300A and 13μs to 3μs in FAN6300H, so FAN6300H can operate at higher switching frequency than FAN6300A. FAN6300A/H controller also provides many protection functions.第1页共3页。
反激式开关电源设计资料要点
反激式开关电源设计资料前言反激式开关电源的控制芯片种类非常丰富，芯片厂商都有自己的专用芯片，例如UC3842、UC3845、OB2262、OB2269、TOPSWITCH 等等。
虽然控制芯片略有不同，但是反激式开关电源的拓扑结构和电路原理基本上是一样的，本资料以UC3842为控制芯片设计了一款反激式开关电源。
单端反激式开关稳压电源的基本工作原理如下：D1ET ON T OFFL P L STI PQ1C O R L图1 反激式开关电源原理图当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时，直流输入电压V IN加载原边绕组N P两端，此时因副边绕组相位是上负下正，使整流管D1反向偏置而截止；当驱动脉冲为低电平使Q1截止时，原边绕组N P两端电压极性反向，使副边绕组相位变为上正下负，则整流管被正向偏置而导通，此后存储在变压器中的磁能向负载传递释放。
因单端反激式电源只是在原边开关管到同期间存储能量，当它截止时才向负载释放能量，故高频变压器在开关工作过程中，既起变压隔离作用，又是电感储能元件。
因此又称单端反激式变换器是一种“电感储能式变换器”。
学习了反激式开关电源的工作原理之后，我们可以自行设计一款电源进行调试。
开关电源是一门实验科学，理论知识的学习是必不可少的，但是光掌握了理论知识是远远不够的，还要多做实验，测试不同环境不同参数下的电源工作情况，这样才能对电源有更深的认识。
除此之外，掌握大量的实验数据可以对以后设计电源和电源的优化提供很大帮助，可以更快速更合理的设计出一款新电源或者排除一些电源故障。
通过阅读下面的章节，可以使你对电源从原理理解到设计能力有一个快速的提升。
第一章电源参数的计算第一步，确定系统的参数。
我们设计一个电源首先要确定电源工作在一个什么样的环境，比如说输入电压的范围、频率、网侧电压是否纯净，接下来是电源的输出能力包括输出电压、电流和纹波大小等等。
先要确定这些相关因素，才能更好的设计出符合标准的电源。
反激式电源设计
如何设计返驰式隔离电源导言本文以FPS为例来介绍如何设计返驰式隔离电源。
设计电源供应器基本上是很花功夫的工作，需要对许多变量反复作演算与取舍。
我们列出并说明一步一步的设计程序期望使设计电源供应器能容易一些。
文章最后之辅助设计软件FPS Design Assistant包含本文介绍之相关计算式，可让设计过程更有效率。
如何设计FLYBACK隔离电源供应器图1是使用FPS（Fairchild Power Switcher）返驰式隔离电源转换器的基本线路图，本文并会以此为参考线路来说明如何设计FLYBACK隔离电源供应器。
因为运用整合MOSFET、PWM及其它周边线路于单一封装的FPS，比利用独立之MOSFET及PWM控制器来设计电源供应器要简单许多。
在设计电源供应器会考虑变压器之设计、输出滤波电感、输出与输入电容的选择及封闭回路补偿的计算。
因此我们按照图1之参考线路，依特定的步骤来设计我们所需之线路。
最后附录范例，则是利用此步骤而设计的辅助软件来帮助我们完成整个线路计算。
图1：基本的flyback隔离电源转换器设计步骤本文将以目前的参考线路来说明设计的步骤。
而几乎所有FPS其第一脚至第四脚的功能定义是不变的。
因此此参考线路适合大部份的FPS。
步骤1 决定系统规格：●输入电压范围(V line min及V line max)●输入交流电频率●最大输出功率(P out)预估的效率(ηeff)：首先我们需要预估系统效率以计算最大输入功率。
当没有资料供参考时，一般我们会在低电压输出应用时，效率设在ηeff = 0.7～0.75。
在高电压输出应用时则设ηeff = 0.8～0.85。
●以预设的效率可算出输入功率为：若在多组输出的状况下，每组输出所占之比例系数为：其中P o(n)为第N组之最大输出，若电源供应器只有单组输出则K L(n) =1，考虑最大输入功率以选用适当的组件（如最适当的FPS）。
步骤2决定输入滤波电容容值(C DC)及其电压V DC之范围：最大V DC之涟波电压如下式：其中D ch是C DC电容充电工作周期如图2所示。
LLC设计--fairchild
在下区域和上区域工作的LLC谐振转换器的设计引言最近，带LED(发光二极管)背光单元的LCD(液晶显示)电视(下称LED TV)的市场开始大幅增长，众多制造商纷纷致力于研发更纤薄高效的解决方案。
各厂商相继推出多种类型的LED TV主功率级拓扑，比如非对称半桥转换器、双开关正激转换器和LLC谐振转换器。
其中，LLC谐振转换器虽然相比其它转换器具有更多优势，但因为其设计复杂困难，所以在过去很少受到关注。
不过，这几年间，IC制造商已开发出用于LLC 谐振转换器的控制器，而且发表了许多相关技术说明和设计工具，让其设计变得更容易，并使得这种技术获得更多的关注。
现在，LLC谐振转换器已经成为LED TV最流行的主功率级拓扑。
LLC谐振转换器的出色优点有：a) 在整个负载范围(包括轻载)下都是以ZVS (zero voltage switching, 零电压开关)条件工作，从而实现高效率；b) 工作频率变化范围比较窄，便于高频变压器和输入滤波器的设计；c)初级端所用开关的电压应力被钳位在输入电压上，而次级端两个二极管上的电压始终等于中心抽头变压器输出电压的两倍。
LLC谐振转换器可以工作在两个不同类型的ZVS区域之内。
一个被称为‘上区域(above region)’(或上谐振工作区域)，这里，初级端的环流变小，但次级端上的二极管为硬开关。
另一个是‘下区域’(或下谐振工作区域)，这时次级端上的二极管可实现软开关。
本文将简单介绍LLC谐振转换器的工作原理和工作区域，此外还将讨论其设计步骤。
LLC谐振转换器的工作原理图1所示为LLC谐振转换器的基本电路。
LLC谐振转换器一般包含一个带MOSFET的控制器、一个谐振网络和一个整流器网络。
控制器以50%的占空比交替为两个MOSFET提供门信号，随负载变化而改变工作频率，调节输出电压V out，这称为脉冲频率调制(PFM)。
谐振网络包括两个谐振电感和一个谐振电容(L-L-C)。
反激式开关电源变压器设计—Fairchild_资料
By Choi Blue cell is the input parametersRed cell is the output parameters6. Determine the numner of turns for each outputsVo VF # of turnsFPS Design Assistant ver.1.0Vcc (Use Vcc start voltage)1st output for feedback2nd output3rd output4th output5th output6th outputAL value (no gap)2Gap length (center pole gap)=7. Determine proper wire for each output Parallel Irms (A/mm 2)Primary winding0.5mm 1T 0.7A Vcc winding0.3mm 1T 0.1A 1st output winding0.4mm 4T 3.4A 2nd output winding0.4mm 4T 0.0A 3rd output windingmm T #DIV/0!A 4th output windingmm T #DIV/0!A 5th output windingmm T #DIV/0!A 6th output windingmm T #DIV/0!A Copper area =5.6584mm 2Fill factor0.2Required window area 28.292mm 28. Determine the rectifier diodes in the secondary side9. Determine the output capacitorESR Current Voltage ripple Ripple 1st output capacitor1000uF 50mΩ 2.7V 0.3V 2nd output capacitor1000uF 40mΩ0.0V 0.0V 3rd output capacitoruF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 4th output capacitoruF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 5th output capacitoruF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 6th output capacitoruF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V Capacitance#DIV/0!#DIV/0!#DIV/0!6.70.0#DIV/0!Diameter 3.51.4(In Normal Operation)11. Design Feedback control loopControl-to-output DC gain =Control-to-output zero =Control-to-output RHP zero =Control-to-output pole =Voltage divider resistor (R1)Voltage divider resistor (R2)Opto coupler diode resistor (RD)431 Bias resistor (Rbias)Feeback pin capacitor (CB) =Feedback Capacitor (CF) =Feedback resistor (RF) =Feedback integrator gain (fi) =Feedback zero (fz) =Feedback pole (fp) =最小AC电压最大AC电压AC 主频率输出电压1输出电压2输出电压3输出电压4输出电压5输出电压6最大输出功率Po=Vo*I036效率最大输入功率Pin=Po/Eff45输入滤波电容纹波电压Vdcripple=?最小直流电压最大直流电压Vdcmax=1.414*Vacmax374.71最大占空比MOS管电压值Vds=Vdcmax+Vor455.71反射电压Vor=Dmax/(1-Dmax)*Vdcmin81工作频率功率因素Iripple=2*Iedc*Krf0.808081主电感量L=(Vdcmin*Dmax)2/(2*Pin*f*Krf)848.1635最大峰值电流Ip=Iedc+Iripple/2 1.414141Irms=sqrt(3*Iedc2+(Iripple/2)2*Dmax/3)681.8182Iedc=Pin/Dmax/Vdcmin 1.010101 L=Vdcmin*Dmax/(f*Iripple)848.2483 0.6954270.696003。
反激式变压器的设计
反激式变压器的设计反激式变压器（Flyback Transformer）是一种常见的开关电源变压器，具有简单的结构、低成本和高效率等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
在进行反激式变压器的设计时，需要确定变压器的参数，包括输入输出电压、功率容量、工作频率等。
本文将详细介绍反激式变压器设计的步骤和注意事项。
设计步骤如下：1.确定输入输出电压：根据电子设备的要求和规格，确定变压器的输入和输出电压。
输入电压一般为交流电压，输出电压可以是直流电压或交流电压。
2.确定功率容量：根据电子设备的功率需求，确定变压器的功率容量。
功率容量是指变压器能够输出的最大功率，它与变压器的尺寸和导线截面积有关。
3.确定工作频率：反激式变压器通常工作在几十千赫兹到数百千赫兹的频率范围内。
选择合适的工作频率可以提高变压器的效率和稳定性。
4.计算变比：根据输入输出电压的比例关系，计算变压器的变比。
变比是指变压器的一次匝数与二次匝数之间的比例关系，它决定了输入输出电压的变换比例。
5.选择磁芯材料：磁芯是变压器的重要组成部分，它决定了变压器的性能和效率。
选择合适的磁芯材料可以提高变压器的磁耦合效果和磁导率。
6.计算匝数：根据输入输出电压的变比和磁芯的尺寸，计算一次匝数和二次匝数。
匝数决定了变压器的输入输出电压和电流。
7.计算绕线参数：根据匝数和导线截面积，计算变压器的绕线电阻和电感。
绕线电阻决定了变压器的功率损耗和温升，电感决定了变压器的高频特性和耦合效果。
8.确定绝缘等级：根据输入输出电压的大小和工作环境的要求，确定变压器的绝缘等级。
绝缘等级决定了变压器的安全性和可靠性。
9.进行结构设计：根据变压器的参数和要求，进行变压器的结构设计。
包括磁芯的形状、绕线的布局和绝缘的设计等。
10.进行实验验证：根据设计的参数和要求，制作样品变压器进行实验验证。
通过实验数据的分析和比较，优化设计参数和结构，最终得到满足要求的变压器。
设计反激式变压器时需要注意以下几点：1.磁芯损耗：磁芯材料有磁滞损耗和涡流损耗，在高频工作下会产生较大的损耗。
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By Choi Blue cell is the input parameters
Red cell is the output parameters
6. Determine the numner of turns for each outputs
Vo VF # of turns
FPS Design Assistant ver.1.0
Vcc (Use Vcc start voltage)
1st output for feedback
2nd output
3rd output
4th output
5th output
6th output
AL value (no gap)
2Gap length (center pole gap)=
7. Determine proper wire for each output Parallel Irms (A/mm 2)Primary winding
0.5mm 1T 0.7A Vcc winding
0.3mm 1T 0.1A 1st output winding
0.4mm 4T 3.4A 2nd output winding
0.4mm 4T 0.0A 3rd output winding
mm T #DIV/0!A 4th output winding
mm T #DIV/0!A 5th output winding
mm T #DIV/0!A 6th output winding
mm T #DIV/0!A Copper area =
5.6584mm 2Fill factor
0.2Required window area 28.292mm 28. Determine the rectifier diodes in the secondary side
9. Determine the output capacitor
ESR Current Voltage ripple Ripple 1st output capacitor
1000uF 50mΩ 2.7V 0.3V 2nd output capacitor
1000uF 40mΩ0.0V 0.0V 3rd output capacitor
uF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 4th output capacitor
uF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 5th output capacitor
uF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V 6th output capacitor
uF mΩ#DIV/0!V #DIV/0!V Capacitance
#DIV/0!
#DIV/0!#DIV/0!6.70.0#DIV/0!Diameter 3.51.4
(In Normal Operation)
11. Design Feedback control loop
Control-to-output DC gain =Control-to-output zero =Control-to-output RHP zero =Control-to-output pole =Voltage divider resistor (R1)
Voltage divider resistor (R2)
Opto coupler diode resistor (RD)
431 Bias resistor (Rbias)
Feeback pin capacitor (CB) =
Feedback Capacitor (CF) =
Feedback resistor (RF) =
Feedback integrator gain (fi) =
Feedback zero (fz) =
Feedback pole (fp) =
最小AC电压
最大AC电压
AC 主频率
输出电压1
输出电压2
输出电压3
输出电压4
输出电压5
输出电压6
最大输出功率Po=Vo*I036效率
最大输入功率Pin=Po/Eff45输入滤波电容
纹波电压Vdcripple=?
最小直流电压
最大直流电压Vdcmax=1.414*Vacmax374.71
最大占空比
MOS管电压值Vds=Vdcmax+Vor455.71反射电压Vor=Dmax/(1-Dmax)*Vdcmin81
工作频率
功率因素Iripple=2*Iedc*Krf0.808081主电感量L=(Vdcmin*Dmax)2/(2*Pin*f*Krf)848.1635最大峰值电流Ip=Iedc+Iripple/2 1.414141
Irms=sqrt(3*Iedc2+(Iripple/2)2*Dmax/3)
681.8182
Iedc=Pin/Dmax/Vdcmin 1.010101 L=Vdcmin*Dmax/(f*Iripple)848.2483 0.6954270.696003。