反激电源变压器的设计计算
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(Ton=D/fSW , Treset=Dreset×T)
IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
IPRMS=Δ IP × (D/3)0.5 ISAC=Δ IS × (Dreset/3-Dreset2/4)0.5 ISRMS=Δ IP × (Dreset/3)0.5 三角波几何计算
Vin
储能原则
Driver
D
1-D
LS = LP × (NS/NP)2 变压器原理
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 Ton=DT ΔIS = VO/LS × Toff 付边续流下降 Toff=(1-D)T Vin × Ton = Vo × Toff
Vin D T Vo (1 D) T
2016（格力）开关电源技术培训 田村(中国)上海技术研发中心 中国电源学会专家委员会 电源学会磁技术专业委员会 副所长 委员 委员
2016/3/12
邵革良
反激电源变压器的设计计算
Advanced Magnetics Technology
All rights are reserved by Tamura Corporation of China
纹波
负载
264Vac
负载
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激型开关电源的工作模式
a） 固定频率控制IC及其工作机理 b） 准谐振控制IC及其工作机理
反激电源 Flyback
正激电源 Forward
半桥电源 Half-bridge
全桥电源 Full-bridge
固定频率控制 Fixed Frequency 电流连续模式 CCM
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
设计总结
电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin
Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
设计限制条件 1）磁芯不饱和 2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激开关电源基本原理和电路拓扑 反激电源的实质 Q1 驱动开通时 → Np 储能充电 Q1 驱动关断时 → Ns 放电输出
反激电源的优点
Np
Ns
Q1 T1
结构简单低成本 小功率＜200W 宽电压输入范围 易实现隔离输出
非隔离方式 DC Boost PFC Converter
Bmax <360mT
Pcore Ve PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
设计总结 电源规格要求
VO , IO , Vin Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
Io
Iripple
Np
Ns
Ids
Δ IP
Driver
Vds IDS1 ID1 IDS2
Ids Id
ID2
Io
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Fixed Frequency : fsw，T
； Duty： D
Driver
Vin × Ton = Vo × Toff
T1 通用原则
Vin
Vo
伏秒数相等原则（磁平衡） T1：耦合式储能电感
Np Ns
两种工作模式
固定频率： CCM~DCM 准谐振模式：CRM
工作模式选定法则
Naux
电气性能及功能 成本 EMI 效率 尺寸最优化 设计习惯
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
Dreset
Ddead
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
Fixed Frequency : fsw，T
； Duty： D
D
Ddead Dreset
IDS1 = 0 ，IDS2 = Δ IP = Ipk (DCM，Fixed fSW)
Driver
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw) LS = LP × (NS/NP
)2
储能原则
Vds IDS2 = Ipk ID ID2 Io
变压器原理 D =？ Dreset =？
Ids Id ID1
IDS1
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 ΔIS = VO/LS × Treset 付边续流下降
T1
Np
Id
Vo
Ns
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
Bmax <360mT
Pcore Ve PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
设计总结
设计限制条件 1）磁芯不饱和 电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin
Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP Ae
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/NS 4.8625
磁的基本理论
i
N
δ
+ V
-
φ2 φ1
φ3
安倍环路定律
法拉第电磁wenku.baidu.com应定律
磁通连续性定律
伏秒数相等 定义
φ＝B・Ae
磁路欧姆定律
B ＝μ・H ＝μ0μrH
磁阻R
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
Irms IP2 IP1
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
设计限制条件
1）磁芯不饱和 2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
陈为老师资料
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激开关电源基本原理和电路拓扑
典型的反激开关电源原理图例
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
典型的反激开关电源原理图例（原边）
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
典型的反激开关电源原理图例（副边）
纹波
动态负载响应 0~100% ← 85Vac →
360mT
B2 IP2
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V
t2
Bmax
Vinmax 264 2 373.3V B B1 IP IP1 B B IP NP/NS 4.8625 B2 B max IP2
Pcore V PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP LP ΔIP ΔB NP Ae ΔIP Δt
B1 IP1 B0 t0 t1
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
2）变压器不过热
3）符合安规
4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw)
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
Δ IS＝ID(PK) Irms Io
Iripple
Np
Ns
Ids
Driver
D Vds Δ IP Ids Δ IS Id Io
Vin D T Vo (1 D) T Vo D Vin Vo
伏秒数相等
Vds IDS1 IDS2
Ids 2 Id
ID1
Po/η = ½(Ids1 – Ids2 )× LP × fsw 储能原则
2
ID2
Io
Po Ids1 Ids2 ΔIds Lp fsw η 2
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP Ae
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/NS 4.8625
Ns
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
Driver Vds
可变频率控制 Variable Frequency 电流不连续模式 DCM 电流临界模式 CRM
Ids Id
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激型开关电源的控制模式
跳频工作
轻载
重载 极轻载
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握
Vds Δ IP Δ IS IDSMAX IDMAX
Ids Id
伏秒数相等
Io
D
Vo Vin Vo
T
2Po LP 1 / fSW 2 η (VinD)
Vin
T1
Np
Id
Vo
IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
IPRMS=Δ IP × (D/3)0.5 ISAC=Δ IS × ISRMS=Δ IP × [(1-D)/3)0.5 [(1-D)/3-(1-D)2/4]0.5 三角波几何计算
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
(Ids1 Ids2) Ids fsw
2Po Lpη
Po = Vo× Io
Vin
T1
Np
Id
Vo
ΔIds = Vin/LP × Ton
= Vin/LP ×D × fsw 电感电流爬升
Ns
Io = (Id1+ Id2) × (1-D)/2 梯形波平均值
= (Ids1+ Ids2)×(NP/NS ) × (1-D)/2
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
特定型号的磁芯： AL值vs气隙长度
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
EER28-Z PC95磁芯为例------应用讲解
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
IPRMS=Δ IP × (D/3)0.5 ISAC=Δ IS × (Dreset/3-Dreset2/4)0.5 ISRMS=Δ IP × (Dreset/3)0.5 三角波几何计算
Vin
储能原则
Driver
D
1-D
LS = LP × (NS/NP)2 变压器原理
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 Ton=DT ΔIS = VO/LS × Toff 付边续流下降 Toff=(1-D)T Vin × Ton = Vo × Toff
Vin D T Vo (1 D) T
2016（格力）开关电源技术培训 田村(中国)上海技术研发中心 中国电源学会专家委员会 电源学会磁技术专业委员会 副所长 委员 委员
2016/3/12
邵革良
反激电源变压器的设计计算
Advanced Magnetics Technology
All rights are reserved by Tamura Corporation of China
纹波
负载
264Vac
负载
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激型开关电源的工作模式
a） 固定频率控制IC及其工作机理 b） 准谐振控制IC及其工作机理
反激电源 Flyback
正激电源 Forward
半桥电源 Half-bridge
全桥电源 Full-bridge
固定频率控制 Fixed Frequency 电流连续模式 CCM
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
设计总结
电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin
Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
设计限制条件 1）磁芯不饱和 2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激开关电源基本原理和电路拓扑 反激电源的实质 Q1 驱动开通时 → Np 储能充电 Q1 驱动关断时 → Ns 放电输出
反激电源的优点
Np
Ns
Q1 T1
结构简单低成本 小功率＜200W 宽电压输入范围 易实现隔离输出
非隔离方式 DC Boost PFC Converter
Bmax <360mT
Pcore Ve PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
设计总结 电源规格要求
VO , IO , Vin Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
Io
Iripple
Np
Ns
Ids
Δ IP
Driver
Vds IDS1 ID1 IDS2
Ids Id
ID2
Io
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Fixed Frequency : fsw，T
； Duty： D
Driver
Vin × Ton = Vo × Toff
T1 通用原则
Vin
Vo
伏秒数相等原则（磁平衡） T1：耦合式储能电感
Np Ns
两种工作模式
固定频率： CCM~DCM 准谐振模式：CRM
工作模式选定法则
Naux
电气性能及功能 成本 EMI 效率 尺寸最优化 设计习惯
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
Dreset
Ddead
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
Fixed Frequency : fsw，T
； Duty： D
D
Ddead Dreset
IDS1 = 0 ，IDS2 = Δ IP = Ipk (DCM，Fixed fSW)
Driver
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw) LS = LP × (NS/NP
)2
储能原则
Vds IDS2 = Ipk ID ID2 Io
变压器原理 D =？ Dreset =？
Ids Id ID1
IDS1
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 ΔIS = VO/LS × Treset 付边续流下降
T1
Np
Id
Vo
Ns
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
Bmax <360mT
Pcore Ve PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
设计总结
设计限制条件 1）磁芯不饱和 电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin
Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP Ae
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/NS 4.8625
磁的基本理论
i
N
δ
+ V
-
φ2 φ1
φ3
安倍环路定律
法拉第电磁wenku.baidu.com应定律
磁通连续性定律
伏秒数相等 定义
φ＝B・Ae
磁路欧姆定律
B ＝μ・H ＝μ0μrH
磁阻R
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
Irms IP2 IP1
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
设计限制条件
1）磁芯不饱和 2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
陈为老师资料
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
反激开关电源基本原理和电路拓扑
典型的反激开关电源原理图例
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
典型的反激开关电源原理图例（原边）
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
典型的反激开关电源原理图例（副边）
纹波
动态负载响应 0~100% ← 85Vac →
360mT
B2 IP2
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V
t2
Bmax
Vinmax 264 2 373.3V B B1 IP IP1 B B IP NP/NS 4.8625 B2 B max IP2
Pcore V PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP LP ΔIP ΔB NP Ae ΔIP Δt
B1 IP1 B0 t0 t1
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
2）变压器不过热
3）符合安规
4）其他个性化要求
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw)
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η =0.88?
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
Δ IS＝ID(PK) Irms Io
Iripple
Np
Ns
Ids
Driver
D Vds Δ IP Ids Δ IS Id Io
Vin D T Vo (1 D) T Vo D Vin Vo
伏秒数相等
Vds IDS1 IDS2
Ids 2 Id
ID1
Po/η = ½(Ids1 – Ids2 )× LP × fsw 储能原则
2
ID2
Io
Po Ids1 Ids2 ΔIds Lp fsw η 2
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP Ae
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/NS 4.8625
Ns
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
Driver Vds
可变频率控制 Variable Frequency 电流不连续模式 DCM 电流临界模式 CRM
Ids Id
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反激型开关电源的控制模式
跳频工作
轻载
重载 极轻载
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变压器设计计算方法的掌握
Vds Δ IP Δ IS IDSMAX IDMAX
Ids Id
伏秒数相等
Io
D
Vo Vin Vo
T
2Po LP 1 / fSW 2 η (VinD)
Vin
T1
Np
Id
Vo
IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
IPRMS=Δ IP × (D/3)0.5 ISAC=Δ IS × ISRMS=Δ IP × [(1-D)/3)0.5 [(1-D)/3-(1-D)2/4]0.5 三角波几何计算
Ids
2016（格力）《反激电源变压器设计计算》技术培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/NS f(Vds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
(Ids1 Ids2) Ids fsw
2Po Lpη
Po = Vo× Io
Vin
T1
Np
Id
Vo
ΔIds = Vin/LP × Ton
= Vin/LP ×D × fsw 电感电流爬升
Ns
Io = (Id1+ Id2) × (1-D)/2 梯形波平均值
= (Ids1+ Ids2)×(NP/NS ) × (1-D)/2
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
特定型号的磁芯： AL值vs气隙长度
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
EER28-Z PC95磁芯为例------应用讲解
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