反激式电源变压器设计(DCM断续式)
断续模式反激变压器设计几个问题.
41断续模式反激变压器设计几个问题南京航空航天大学自动化学院方宇赵修科Design Relations of Flyback Transformer Operating in Discontinuous-ModeFang Yu Zhao XiukeCollege of Automatization Nanjing University of Aeronautic & Astronautic Nanjing 210016 摘要:反激断续模式电路的优点是功率电路简单,成本低廉,可以适应宽输入电压范围,在小功率充电器、适配器获得广泛应用,但变压器设计参数确定与电路结构,器件定额等有关。
本文从反激断续模式工作原理,实际器件限制出发,给出了反激变压器设计的基本关系,指出设计参数确定的原则,为设计和调试反激变换器提供参考。
关键词 :反激变换器变压器断续模式反激变换器是输出与输入隔离的变换器中电路最简单,成本最低,输入电压范围最宽,调试最容易的变换器。
在 100W 以下的小功率开关电源中,得到广泛应用。
漏感尖峰箝位一般采用 RCD 损耗吸收电路,为讨论方便,本文采用稳压管箝位。
虽然反激断续模式电路简单,但变压器参数与多种电路条件有关,设计者应当了解这些参数与电路条件之间的关系,设计出比较合理的变压器。
本文试图从基本原理出发,提出设计要注意的问题。
一、基本关系反激拓扑的功率电路如图 (1a所示 , 工作波形如图 (1b。
当功率管 S 导通时,输入电压加在初级电感上, 变压器线圈‘• ’端相对另一端为负,次级二极管截止,由输出滤波电容提供输出电流,变压器存储能量。
当功率开关 S 截止时,‘• ’端相对另一端为正,次级真流二极管 D 导通,导通期间存储在变压器中的能量给电容补充导通期间失去的电荷,并同时提供给负载。
当功率开关导通时,根据电磁感应定律有dtdiL U 11= (1a 在导通 T on 内,因为是断续模式,初级电流从零增长t L Ui 111=达到导通时间 T on 时,初级电流达到最大值,因为是线性关系, 式 (1a也可以用下式表示111p onI U L T = (1b初级电流最大值111onp U T I L =(2 初级平均 (直流分量电流 1112p i I D P I U ==(3 式中 D =T on /T , T -开关周期。
不同模式下反激变压器的设计原则
不同模式下反激变压器的设计原则反激变压器是开关电源中常用的一种拓扑结构，具有简单、高效、低成本等优点。
在不同的工作模式下，反激变压器的设计原则也会有所不同。
以下将从不同模式下反激变压器的设计原则进行详细阐述。
一、引言随着电力电子技术的快速发展，开关电源作为一种高效、节能的电源供应方式，在各个领域得到了广泛应用。
反激变压器作为开关电源中的核心部件，其设计的好坏直接影响到开关电源的性能和稳定性。
因此，掌握不同模式下反激变压器的设计原则对于提高开关电源的性能具有重要意义。
二、连续模式（CCM）下反激变压器的设计原则1. 输入电压范围在设计连续模式下的反激变压器时，首先需要确定输入电压的范围。
输入电压的变化将直接影响到变压器的匝数比和磁通密度等参数。
为了保证变压器的正常工作，需要合理选择变压器的匝数比和磁芯尺寸，以适应输入电压的变化。
2. 输出功率和效率输出功率和效率是开关电源的重要性能指标。
在设计连续模式下的反激变压器时，需要根据输出功率和效率的要求，合理选择变压器的导线截面积、匝数比和磁芯材料等参数。
同时，还需要优化变压器的磁路设计和散热设计，以降低磁芯损耗和线圈损耗，提高变压器的效率。
3. 绝缘和耐压绝缘和耐压是开关电源安全性的重要保障。
在设计连续模式下的反激变压器时，需要考虑变压器原副边之间的绝缘距离和耐压等级。
为了保证变压器的绝缘性能，需要采用合适的绝缘材料和工艺，确保变压器在高压下的安全运行。
三、断续模式（DCM）下反激变压器的设计原则1. 输入电压和输出电压范围在断续模式下，反激变压器的输入电压和输出电压范围对变压器的设计具有重要影响。
为了保证变压器的正常工作，需要合理选择变压器的匝数比和磁芯尺寸，以适应输入电压和输出电压的变化。
同时，还需要考虑输出电压的纹波和稳定性要求，选择合适的滤波电容和电感等元件。
2. 峰值电流和平均电流在断续模式下，反激变压器的峰值电流和平均电流是设计的关键参数。
反激式变压器设计原理
反激式变压器设计原理
首先，反激式变压器的设计涉及开关电流的控制。
由于开关电流是通过高频开关元件（例如MOSFET）流过的电流，因此开关元件需要能够承受并控制高频开关过程中产生的大电流。
设计师需要确保开关电流在合适的范围内，既不能过小导致电源效率低下，也不能过大影响元件寿命。
其次，反激式变压器通过高频开关实现转换器的工作，常见的工作模式包括连续导通模式（CCM）和间断导通模式（DCM）。
在CCM中，开关元件在整个开关周期内持续导通，保持较小的变压器交流磁通波形，更适合低功率需求。
而在DCM中，开关元件只在一部分开关周期内导通，变压器交流磁通波形变化大，适用于大功率需求。
变压器是反激式变压器的核心部件，负责变换电压。
在设计反激式变压器时，需要确定合适的变压器参数，如匝数比、磁芯材料、磁芯横截面积等。
变压器的匝数比决定了输出电压和输入电压的比例关系，磁芯材料的选择和截面积的确定直接影响变压器的能量传输效率和功率损耗。
最后，反激式变压器还需要控制电路来确保其稳定工作。
控制电路主要包括反馈回路和开关控制电路。
反馈回路可以监测输出电压并将其与设定值进行比较，根据比较结果控制开关元件的导通和断开，以调整输出电压。
开关控制电路则根据设计要求来确定开关元件的工作频率和占空比，以满足输出电压的稳定要求。
总之，反激式变压器设计原理涉及到开关电流控制、转换器工作模式选择、磁元件参数确定和控制电路设计等多个方面。
设计师需要根据具体的应用需求，合理设计这些参数，以实现高效、稳定的电源转换。
反激式变压器的设计
校企联合开发的实训教材 反激式变压器的设计广东明丰电源实业有限公司中山火炬职业技术学院2018年6月20日反激式变压器的设计反激式变压器设计思考（一）对一般变压器而言，原边绕组的电流由两部分组成，一部分是负载电流分量，它的大小与副边负载有关；当副边电流加大时，原边负载电流分量也增加，以抵消副边电流的作用。
另一部分是励磁电流分量，主要产生主磁通，在空载运行和负载运行时，该励磁分量均不变化。
励磁电流分量就如同抽水泵中必须保持有适量的水一样，若抽水泵中无水，它就无法产生真空效应，大气压就无法将水压上来，水泵就无法正常工作；只有给水泵中加适量的水，让水泵排空，才可正常抽水。
在整个抽水过程中，水泵中保持的水量又是不变的。
这就是，励磁电流在变压器中必须存在，并且在整个工作过程中保持恒定。
正激式变压器和上述基本一样，初级绕组的电流也由励磁电流和负载电流两部分组成；在初级绕组有电流的同时，次级绕组也有电流，初级负载电流分量去平衡次级电流，激励电流分量会使磁芯沿磁滞回线移动。
而初次级负载安匝数相互抵消，它们不会使磁芯沿磁滞回线来回移动，而励磁电流占初级总电流很小一部分，一般不大于总电流10％，因此不会造成磁芯饱和。
反激式变换器和以上所述大不相同，反激式变换器工作过程分两步：第一：开关管导通，母线通过初级绕组将电能转换为磁能存储起来；第二：开关管关断，存储的磁能通过次级绕组给电容充电，同时给负载供电。
可见，反激式变换器开关管导通时，次级绕组均没构成回路，整个变压器如同仅有一个初级绕组的带磁芯的电感器一样，此时仅有初级电流，转换器没有次级安匝数去抵消它。
初级的全部电流用于磁芯沿磁滞回线移动，实现电能向磁能的转换；这种情况极易使磁芯饱和。
磁芯饱和时，很短的时间内极易使开关管损坏。
因为当磁芯饱和时，磁感应强度基本不变，dB/dt近似为零，根据电磁感应定律，将不会产生自感电动势去抵消母线电压，初级绕组线圈的电阻很小，这样母线电压将几乎全部加在开关管上，开关管会瞬时损坏。
反激变换器变压器设计
华中科技大学文华学院毕业设计(论文)反激变换器的变压器设计学生姓名：蔡明皓学号：080301011106 学部（系）：机械与电气工程学部专业年级： 08级电气工程及其自动化指导教师：张亚兰职称或学位：助教2012 年 5 月20日目录摘要 (2)关键词 (2)Abstract (3)Key Words (3)前言 (4)1变压器的简介 (5)1.1变压器的基本原理 (5)1.2变压器的分类 (6)1.3变压器的组成 (7)1.4高频变压器和普通变压器的设计的区别 (7)2 反激变压器简介 (9)2.1反激式变换器的简介 (9)2.3反激式开关电源变压器的工作原理 (9)2.4三种工作模式 (10)2.4.1 连续电流模式（CCM） (10)2.4.2断续电流模式（DCM） (11)2.4.3 临界电流模式（CRM） (11)2.4.4 结论 (12)2.5研究意义 (12)3 反激变换器的变压器的设计 (14)3.1已知参数的设定 (14)3.2主要参数的确定 (14)结束语 (17)参考文献 (18)致谢 (19)反激变换器的变压器设计摘要本文学习了变换器的工作原理，类型与组成。
阐述了反激式变换器的变压器，在三种工作模式下，反激变换器的工作特点及三种工作模式的优缺点；反激变压器的工作原理，最后设计了反激式变换器的变压器的参数。
得到了一种反激变压器的参数设计方法。
关键词反激式；变压器；参数设计Design of Flyback converter TransformerAbstractThis paper studies the working principle of the transformer，classification and component。
Later on，to Flyback converter Transformer，when it works on three operating model，what working characteristics shows and advantages and disadvantages of three operating model；studied the working principle of Flyback converter Transformer。
反激式开关电源变压器的设计方法
反激式开关电源变压器的设计方法反激式开关电源变压器是一种常用于电子设备中的高效率、高频率开关电源变压器。
其设计方法包括了选择合适的变压器参数、计算变压器工作状态、考虑磁芯损耗和温升等方面。
下面将详细介绍反激式开关电源变压器的设计步骤。
首先，确定设计目标和性能要求。
根据所需的输入和输出电压和电流，确定变压器的额定功率和输出功率。
同时，考虑变压器的体积限制以及可用的材料，进行适当的权衡。
第二步是选择磁芯材料。
磁芯的选择对于反激式开关电源变压器来说非常重要，因为磁芯的性能直接影响着变压器的效率和工作频率。
常见的磁芯材料包括铁氧体和软磁合金等，可以根据具体的应用需求和成本进行选择。
第三步是计算变压器的主要参数。
包括主磁链感应系数、匝数比、实际绕组电压和电流等。
根据设计目标和性能要求，以及选择的磁芯材料，可以通过一系列公式和计算来决定这些参数。
第四步是进行磁芯损耗和温升的估算。
反激式开关电源变压器在工作过程中会产生磁芯损耗和温升。
这些损耗会导致变压器的效率下降，甚至导致变压器无法正常工作。
因此，需要根据具体的磁芯材料和使用条件，进行损耗和温升的估算。
第五步是进行变压器的绕组设计。
根据变压器的参数和工作状态，设计变压器的绕组结构和匝数。
通过合理设计绕组，可以提高变压器的效率和性能。
第六步是进行变压器的线径选择和导线布局。
根据所需的电流和损耗，选择合适的线径，并进行合理的导线布局，以提高变压器的效率和散热性能。
最后一步是进行变压器的实际制造和测试。
根据设计图纸和规格要求进行变压器的实际制造，并通过测试来验证设计的正确性和性能。
总之，反激式开关电源变压器的设计是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的综合影响。
通过合理选择磁芯材料、计算变压器参数、评估磁芯损耗和温升等步骤，可以设计出性能良好、效率高的变压器。
反激变压器设计方法(12V4A)
Nvcc = 10.051
Nvcc :=
Vcc Vo + Vf Ns Vcc计算方法2
Nvcc = 10.051
∆B1 :=
Vdcmin ⋅ Dmax Np ⋅ Ae ⋅ f .............. 最小 磁通密度（计算值）
∆B1 = 0.22T
∆B2 :=
Vdcmax ⋅ Dmin Np ⋅ Ae ⋅ f .............. 最大磁通密度（计算值）
Iav = 0.568A Ip :=
Krp ⋅ Pout Vdcmin ⋅ η ⋅ Dmax .......... 初级峰值电流（计算值）
Ip = 1.25A
Lp :=
Vdcmin ⋅ Ton Ip
−4
Lp = 6.4 × 10
H
.............. 变压器初级电感量（计算值）
Np :=
Vdcmin ⋅ Ton Ae ⋅ ∆B .............. 变压器初级圈数（计算值）
Np = 44.673 Ns := Np n
Ns = 8.376
.............. 变压器次级圈数（计算值）
Nf :=
Vo + Vf Ns
Nf = 1.492 V .............. 变压器次级 每圈匝数的电压（计算值） Nvcc := Vcc Nf .............. 变压器Vcc的供 电圈数（计算值） Vcc计算方法1
D' = 0.6
.............. MOSFET关断占空比（计算值）
n :=
Vdcmin ⋅ D ( Vf + Vo) ⋅ (1 − D ) .............. 变压器匝比（计算值）
反激式开关电源的基本工作模式及输入输出关系
反激式开关电源的基本工作模式及输入输出关系 (2012-04-20 11:09:07)电源的三中基本工作模式介绍如果按照开关电源内部储能电感或储能变压器在开关周期内的能量存储状态区分，则其基本工作模式可分为三种：电流连续模式(CCM)，电流断续模式(DCM)及电流临界模式(BCM)。
在这三种模式中，BCM模式其实为CCＭ与DCM模式的特殊形态:- BCM模式: 若在每个开关周期开始或结束时，储能电感或储能变压器所存储的能量刚好释放到0（对应的，其内部的最小磁通Φmin也刚好为0），那么，此时电源工作在BCM模式下；此工作模式在变频（PFM）或RCC电源中较为常见；- CCM模式: 若每个开关周期开始或结束时，储能电感或储能变压器中最小磁通Φmin不为0，则变换器工作在CCM；此时储能电感或储能变压器还有残余能量存储；另外，从电流波形上来看，其中有直流分量存在；采用CCM模式可以有效降低开关管的电流应力，但需要较大的电感量；- DCM模式: 若每个开关周期开始或结束前，储能电感或储能变压器中最小磁通Φmin已经为0，那么变换器工作在DCM。
此模式下电源工作比较稳定，反馈设计也较简单，但开关管的电流应力会较大。
- CCM、BCM与DCM模式的转换当电源设计在CCM模式下时，理论上：1）当输入及输出电压保持不变的时，若负载阻抗逐渐增加(输出电流减少)：* 保持CCM工作模式，占空比不会发生变化，直到上面图示中的Ipp2=0或Isp2=0为止，* 当负载电流减少到刚好使Ipp2=0或Isp2=0时，电源进入BCM模式，* 若继续减少负载电流，Ipp2或Isp2仍为0，但电源进入DCM模式，* 对Buck或隔离式Buck拓扑(如Forward,Push-Pull,Half-bridge,Full-Bridge等)，若电源进入DCM模式，则占空比将按下面规律变化：式中: D：为占空比；T: 开关周期(S)；R：输出负载(欧姆)；L: 输出储能电感感量(H)；Vo:输出电压(V)；Vns：输出储能电感的输入电压；另外，对Buck或隔离式Buck拓扑来说，CCM模式下需注意的是，若占空比设计超过0.5，则需要注意当占空比跨越0.5时，反馈系统可能不稳定；若采用电流反馈，则需要作电流斜率补偿；2）反之，电源将从DCM变化到BCM，之后进入CCM模式；3）当输出负载保持不变时，若逐渐增加输入电压，电源将会从CCM变化到BCM，之后进入DCM模式；这也是为什么在设计计算时要验证最小占空比的原因之一(另一重要原因是要降低开关管的导通交越损失，确保开关周期内最小导通时间ton比开关管本身的开通时间要长的多；一般MosFET的开通时间约为100nS 左右，而ton要确保在1uS以上)；反激式开关电源的基本工作模式及输入输出关系反激式开关电源的基本原理图1 BCM&CCM模式- BCM&CCM模式下的电压关系：a.在开关管导通时，一次绕组电压(Vin)与二次绕组电压(Vos)之间的关系：，开关管承受电压：，整流管承受电压：；b.在开关管关断期间，二次绕组电压(Vns)与一次绕组电压(Vor)之间的关系：；式中，开关管承受电压：根据伏秒规律,如图中所示，有: ，即：，所以：- BCM&CCM模式下的电流关系：a.在开关管关断瞬间，根据能量守恒[ ]，一次绕组存储能量：，它应等于二次绕组释放的能量：因此：，由于电感量与圈数平方成正比，故而，所以，这就是反激式变压器的安匝数规律；b.在开关管导通瞬间，根据能量守恒同样有[]:二次绕组停止能量释放，变压器剩余能量：，它也是一次绕组开始储能的起点：，因此：；c.假设在开关管导通期间(ton内，非整个周期)，一次绕组的平均电流为Ipm，而关断期间(toff)二次绕组的平均电流为Ism，根据能量守恒同样有；由上面的分析结果可验证反激式变压器的安匝数规律；若圈数比为n，则;2 DCM模式如图所示，在整个周期T内：1）开关管导通期间(ton)，变压器进行能量存储；2）开关管关断期间(toff=tr+td)：* 变压器在tr时间内将能量完全释放：，* 变压器在td时间内不工作；若td=0,则变压器进入BCM。
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反激式电源变压器设计
峰值电流：IP=2PO/Uin*Dmax*η单位；A
PO：输出功率。
Uin：最小直流输入电压。
Dmax：最大占空比。
一般为0.45.
η：效率。
一次侧电感量：LP= (Vin*Dmax)^2/2*Pin*Fs*Krf 单位；H
Dcm: Krf=1 CCM: Krf=0.3-0.5
一次侧匝数：NP=100*IP*LP/ BM *AE
AE：平方厘米
BM：高斯
LP：UH
IP: A
二次侧匝数：NS=NP*（UO+UF）/UR
UR=UIN*DMAX/1-DMAX
UO：输出电压。
UF：输出二极管压降。
UR；反射电压。
DMAX：最大占空比。
一般为0.45
反馈匝数：NV=NS*（UV+UFV）/（VO+VF）
NV：反馈圈数
NS：次级圈数
UV：反馈电压。
UFV：反馈二极管压降
磁芯气隙：LG={（0.4/3.14）*IP*NP}/BM
LG：磁路气隙，单位：CM。
BM：最大磁感应强度；单位：MT。
一次侧电流有效值：IPRMS=IP*√DMAX/3
二次侧电流有效值：IPRMS=（2*IO/1-DMAX）*√DMA X/3
最大磁通密度：BM=100*IP*LP/NP*AE
AE：平方厘米
BM：高斯
LP：UH
IP；安倍
1特期拉=1000 毫特斯拉=10000高斯
初级线径：OD=L*（BW-2*M）/NP
L：初级层数
BW：骨架宽度MM
M：安全边距MM
有效骨架宽度：BE=D*（B-2M）
D=层数
B=骨架宽度单位：MM
导线外径DPM：DPM=BE/NP 单位；MM
导线电流验证：J= 1.28*IRMS/DPM^2
IRMS=有效值电流（Ａ）
DPM=无绝缘线外径（MM）。