单端反激式开关电源变压器的计算及相关波形分析
反激电源波形详细解析
反激电源波形详细解析
假设在一台数字示波器上只看到这一点波型，知道变压器电感量为1mH， 通过从示波器上测量和计算，得出下列数值(只
讲解方法就行了)
1)大约的交流输入电压值
2)次级反到初级的电压
3)占空比
4)变压器漏感
5)变压器和MOS的总杂散电容
6)变压器传送的能量
明显反激，而且是断续模式
刚开始是漏感震荡，后来是电感和mosfet的电容震荡
前一个直流电压是Vin+(Np/Ns)(Vo+VF)(二极管导通压降))
后一个就是Vin
后一个震荡的周期可以算出Cds大小
高压时MOS的Cds很小，振荡的电容主体是变压器杂散电容。
根据反射电压，反射电压持续时间，输入电压就可以计算导通时间，占空比也就出来了(伏特秒平衡)，Vref*Tvref=Vin*Ton
4/5问如我上所说，只有一个大概的估算
参考大家的理解，谈谈我的看法:
当MOS管电压上升到A点时，输出整流管导通，初级励磁电感箝位于V1。 此时，漏感和杂散电容谐振， 由于变压
器线圈存在直流和交流电阻，该振荡为阻尼振荡，消耗了漏感中的能量。在B点时，励磁电感中电流下降为零，次级整流
管自然截止，励磁电感上电压下降为零， 励磁电感和杂散电容谐振，MOS管的杂散电容Coss向励磁电感放电，Vds电压
下降，可从波形中得到验证。 计算:
1、2:如图所示，可以读出反射电压V1，和Vin(DC)。则，交流输入电压约为Vin(DC)/sqrt(2)，不带PFC。
3。由伏秒平衡可得，Vin(dc)*Ton=V1*T1，可求得，Ton。那么，占空比D=Ton/(Ton+T1+T2)。
4、5:近似求解，从图中分别读出漏感、励磁电感同杂散电容谐振的频率，根据f=1/(2*pi*sqrt(L*c))，由励磁电感感量已知，
为1mH，可求得杂散电容值。进一步就可求得漏感的感量。、
6。从波形中可以看出，此时该反激电路工作于断续模式，初级能量完全传送到次级。
单端反激式开关电源变压器的设计
· ５９ ·Ｊａｎ． １０， ２０２１ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１ Telecom Power Technology 2021年1月10日第38卷 第1期研制开发doi：10.19399/ki.tpt.2021.01.016单端反激式开关电源变压器的设计顾伟康（国网浙江省电力有限公司 湖州供电公司，浙江 湖州 313000）摘要：文章针对开关电源变压器设计中存在公式繁多，参数计算困难等问题，提出了一种简单实用的设计方法。该方法统一了变压器工作在电流连续模式和断续模式下的计算公式，有效解决了原边电感值、线圈匝数、线径、磁芯大小等参数的设计，降低了设计难度，提高了设计效率，并给出了设计实例。关键词：开关电源；反激式变压器；参数Design of Single-Ended Flyback Transformers in Switching Power SupplyGU Weikang（Huzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co.，Ltd.，Huzhou 313000，China）Abstract：The paper puts forward a simple and practical design method for there are many issues such as various formulas，parameter calculation difficulty in switching power supply transformer. This method unified the formulas of current continuous mode and current discontinuous mode，effectively solved the original side inductance value，the number of coil turns，wire diameter，core size and so on，reduced the design difficulty，improved the design efficiency and finally gave a design example. Keywords：switching power supply；flyback transformer；parameter0 引 言这些年来，伴随电源技术的不断革新，开关电源技术正向着小巧、高频、集成化的目标迈进。单端反激式变压器以其所占体积小、造价低廉、效率较高等优势，非常合适各种功率较小的开关电源[1,2]。然而，反激式变压器的设计却仍有很多困难，铁磁内芯、电感量、间隙、绕组的匝数及绕法等等，都需要反复设计修正。此外，反激式变压器所特有的电流连续、断续两种工作形式，给其设计计算增加了难度。文本详细给出了单端反激式变压器的通用设计思路，统一了不同工作形式下的计算公式，并以设计实例加以具体说明。1 单端反激式变压器的工作原理反激式变压器的工作原理如图1所示。在开关管导通时，原边绕组电压极性上正下负，此时副边绕组感应到的电压极性为上负下正，从而二极管D1被关断。直流电压加在变压器原边绕组两端，使电感线圈中的电流线性增大。由于二极管D1反向偏置阻断了输出负载电流对变压器的影响，因此这个阶段变压器的储能随着输入电流的增加而变大，而输出电容CO提供维持负载所需的能量。在开关管关断时，输入电流消失。但因原边电感的存在，原边绕组电流无法突变，依旧保持原方向流动，导致开关管漏极输出结电容被快速充电，从而和等效电感产生高频震荡，在开关管漏极产生一个尖峰电压，使得原边绕组两端的电压极性突变为上负下正。从而副边绕组上感应为上正下负，则二极管D1导通。原边电感储存的磁能向负载传递释放。可以看出，反激式变压器在开关工作中既起变压隔离作用，又是电感储能元件。
反激式开关电源变压器参数的计算
反激式开关电源变压器参数的计算
反激式开关电源变压器的参数计算与正激式开关电源变压器的参数计算相
比，除了变压器初级线圈的匝数和伏秒容量，变压器初、次级线圈的匝数比，
以及变压器各个绕组的额定输入或输出电流或功率以外，还需要特别注意考虑
变压器初级线圈的电感量。
反激式开关电源变压器对初级线圈的电感量要求，与正激式开关电源变压器
对初级线圈的电感量要求，几乎完全不同。
对于正激式开关电源变压器对初级线圈电感量的要求，如果不考虑变压器初
级线圈本身的电阻损耗，以及变压器的体积和成本，则初级线圈的匝数是越多
越好，电感量也是越大越好；而反激式开关电源变压器对初级线圈的电感量要
求，则要求变压器在满足伏秒容量的前提下，对变压器初级线圈电感的大小也
有特别要求，就是求变压器初级线圈电感存储的能量必须满足向负载提供功率
输出的要求。
关于开关电源变压器的工作原理以及参数设计后面还要更详细分析，这里只
做比较简单的介绍。
1-7-3-2-1．反激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算
反激式开关电源变压器初级线圈匝数的计算与正激式开关电源变压器初级线
圈匝数的计算方法基本相同，请参考前面“1-6-3．正激式变压器开关电源电路
参数计算”中的“2.1 变压器初级线圈匝数的计算”章节中的内容。反激式开关电
源变压器初级线圈的最少匝数与（1-95）式完全相同，即：
式中，N1 为变压器初级线圈 N1 绕组的最少匝数，S 为变压器铁心的导磁面
积（单位：平方厘米），Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度（单位：高斯），
Br 为变压器铁心的剩余磁感应强度（单位：高斯），Br 一般简称剩磁，τ =Ton，为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度
（单位：秒），一般 τ 取值时要留预留 20%以上的余量，Ui 为工电压，单位为
伏。式中的指数是统一单位用的，选用不同单位，指数的值也不一样，这里选
反激变压器的详细公式的计算
单端反激开关电源变压器设计
单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，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η、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，副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、副边的匝比确定。所以确定了反激电压之后，就可以确定原、副边的匝比了。
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：
VinDCMin•DMax=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+Ip2)•DMax•VinDCMin=Pout/η
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= DMax•VinDCMin/fs•ΔIp
对于连续模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;对于断续模式，ΔIp=Ip2 。
可由AwAe法求出所要铁芯：
AwAe=(Lp•Ip22•104/Bw•K0•Kj)1。14
在上式中， Aw为磁芯窗口面积,单位为cm2
Ae为磁芯截面积，单位为cm2
Lp为原边电感量,单位为H
Ip2为原边峰值电流，单位为A
Bw为磁芯工作磁感应强度,单位为T
单级PFC反激变压器计算
单级PFC反激变压器计算
首先，需要明确的是，单级PFC反激变压器的计算涉及到许多参数，例如输入电压、输出电压、输入电流波形、输出电流波形等。下面我们将逐一介绍这些参数的计算方法。
1.输入电压：
输入电压通常由电网提供，可以通过标准的测量仪器来测量。在计算过程中，需要使用有效值，即RMS值。对于三相系统，输入电压通常是线电压，而不是相电压。因此，需要将相电压转换为线电压。转换公式如下：
线电压=相电压×√3
2.输出电压：
输出电压由反激变压器提供，可以根据设计要求来确定。通常，输出电压应与输入电压相同。输出电压的有效值由设计要求来确定。
3.输入电流波形：
输入电流的波形通常是脉冲状的，可以通过一些简单的数学模型来计算。输入电流的波形通常由开关管的导通/关断时间来确定。开关管导通时间的计算方法如下：
导通时间=输出电压周期×开关管导通占空比
关断时间由反激变压器的控制电路来控制，可以根据设计要求来确定。
4.输出电流波形： 输出电流波形通常是脉冲状的，可以根据输入电流波形和反激变压器的变换比例来计算。输出电流的波形通常由变压器的耦合度来确定，可以通过设计要求来确定。
以上是单级PFC反激变压器计算的主要参数。在实际计算的过程中，还需要考虑一些其他因素，例如电感、电容、损耗等。这些因素可以通过一些标准的电路分析方法来计算。
单端反激式开关电源变压器
单端反激式开关电源变压器
变压器的使用在升压和降压电源中很常见，开关电源根据不同的输出要求采用不同的变压器拓扑电路，同样的电源也采用不同的变压器拓扑实现。在所有拓扑中反激式变压器构成的升压式开关电源具有电路简单、元器件最少的优点，在小功率开关电源中经常采用。而变压器的设计需要技术人员根据一些经验参数来进行变压器的设计和绕制。会出现经验设计多于准确的参数设计，而且在高频条件下变压器的设计和制作不同于普通的工频变压器，更加需要实际经验和理论设计两者相互结合。本文结合实际设计和制作变压器的经验，提出一种工作于断续电流模式(DCM)下的反激式变压器设计方案，并给出相关参数设计方法。
1 反激式变压器的基本工作原理
图1(a)为反激式变压器的工作原理图，其中，开关管VT1的导通和截止使得原边绕组线圈产生交变电流信号。当原边绕组导通期间，次级绕组输出电压为上负下正，整流二极管VD1和VD2截止，输出电容Co和Cf放电；当原边绕组截止时次级输出电压为上正下负，整流二极管VD1和VD2导通，输出电容Co和 Cf充电，与正激式电路充放电过程相反。可以从输入输出电压、电流波形关系图1(b)中得出DCM模式下的工作过程。其中PWM、UDS、 IDl，IF1、Io1、Uo2分别为开关管VT1栅极脉宽调制信号、漏源极电压、整流二极管VD1和VD2电流、负载输出端Co正极性端电压波形、反馈输出端Cf正极性端电压波形。
查看原图（大图）
2 单端反激式变压器设计
单端反激式变压器设计流程，首先根据逆变升压模块前后电路的需要，列出输入电压、输出电压参数、开关频率、额定输出功率等整个系统需要变压器完成的参数要求，包括Uin(min)、Dmax、F、Po(max)分别为输入直流电压最小值10 V、最大占空比、开关频率10kH-z、输出最大功率15W等参数，然后再按照下面步骤设计合适的开关变压器。
2．1 选定工作点
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。
单端反激式变换器变压器工作状态分析
单端反激式变换器变压器工作状态分析
单极性开关电源变换器即激励是一个单向方波脉冲电压,单端正激式和单端反激式变换器既属此类。开关变压器工作时磁心中磁通沿着交流磁滞回线的第一象限部分上下移动,变压器磁心受单方向励磁,磁感应强度从最大值Bm 到剩磁Br 之间变化,。
图1 单极性励磁
单端反激式开关电源一般有两种工作方式:
1) “完全能量转换(电感电流不连续) 方式”: 在储能周期ton中,变压器储存的所有能量在反激周期toff中都转换到输出端。
2) “不完全能量转换(电感电流连续) 方式”: 储存在变压器中的一部分能量在ton末保留到下一个ton周期的开始。
1 能量的转换过程
T 导通期间,进行电能的储存,由等效电路可知D 处于截止,此时可以把变压器看作一个电感,。在此期间IL = IP ,原边电流IP 的变化由dip/ dt = Us/ Lp 决定, IP 线性增加,磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bw 。
在图3 中当T 关断,初级电流必定为零,D 导通,感应电流将出现在副边,通过负载续流,进行能量释放。工作于完全能量转换方式时,toff总是大于ton ,因此在反激期间,磁感应强度将从Bw 下降到Br ,副边电流将以一定速率衰减,此速率由副边电压和副边电感决定,即:dis/
dt = U’S/ LS采用不完全能量传递方式,由于出现了直流分量,为避免磁心饱和需加气隙,见图4 。
气隙的加入,使磁化曲线向H 轴倾斜,磁滞回线与B 轴包围的面积增加,从而使变压器传递的能量增加。在传递一定能量的要求下,可以把△B 的取值设计的小一些,以减少磁滞损耗,利于提高工作频率,进一步减小原副边中的纹电流。
2 磁心参数与气隙的作用
气隙的加入可使磁滞回线向H 轴倾斜,其斜率随着气隙的大小而变化,但有无气隙并不影响饱和磁感应强度的大小。在有气隙时,磁强强度H 明显增大,剩余磁感应强度Br 明显减小,这些变化,对反激变换器来说都是非常有利的。。由于反激变换器的磁心只工作在第一象限,磁心在交流或直流作用下的磁滞回线与气隙关系
单端反激式开关电源变压器 2
单端反激式开关电源变压器
变压器的使用在升压和降压电源中很常见，开关电源根据不同的输出要求采用不同的变压器拓扑电路，同样的电源也采用不同的变压器拓扑实现。在所有拓扑中反激式变压器构成的升压式开关电源具有电路简单、元器件最少的优点，在小功率开关电源中经常采用。而变压器的设计需要技术人员根据一些经验参数来进行变压器的设计和绕制。会出现经验设计多于准确的参数设计，而且在高频条件下变压器的设计和制作不同于普通的工频变压器，更加需要实际经验和理论设计两者相互结合。本文结合实际设计和制作变压器的经验，提出一种工作于断续电流模式(DCM)下的反激式变压器设计方案，并给出相关参数设计方法。
1 反激式变压器的基本工作原理
图1(a)为反激式变压器的工作原理图，其中，开关管VT1的导通和截止使得原边绕组线圈产生交变电流信号。当原边绕组导通期间，次级绕组输出电压为上负下正，整流二极管VD1和VD2截止，输出电容Co和Cf放电；当原边绕组截止时次级输出电压为上正下负，整流二极管VD1和VD2导通，输出电容Co和 Cf充电，与正激式电路充放电过程相反。可以从输入输出电压、电流波形关系图1(b)中得出DCM模式下的工作过程。其中PWM、UDS、 IDl，IF1、Io1、Uo2分别为开关管VT1栅极脉宽调制信号、漏源极电压、整流二极管VD1和VD2电流、负载输出端Co正极性端电压波形、反馈输出端Cf正极性端电压波形。
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2 单端反激式变压器设计
单端反激式变压器设计流程，首先根据逆变升压模块前后电路的需要，列出输入电压、输出电压参数、开关频率、额定输出功率等整个系统需要变压器完成的参数要求，包括Uin(min)、Dmax、F、Po(max)分别为输入直流电压最小值10 V、最大占空比、开关频率10kH-z、输出最大功率15W等参数，然后再按照下面步骤设计合适的开关变压器。
2．1 选定工作点
单端反激式DC-DC开关电源变压器的设计全过程
单端反激式DC/DC开关电源变压器的设计全过程，xuguoping分享与世纪电源网的网友
变压器的参数计算：
（1） 变压器的设计要求：
输出电压：10V～3KV，8mA（变压器输出之后三倍压）
输入电压：24 1V ±
工作频率：50KHZ
最大占空比：45％
变换效率：80％
（2） 基本参数计算：
输入最小电压：
minINV=－ INVV
＝24－1－0.5
＝22.5V
输出功率：
OUTOUTOUTPUI=
30000.00824()W=×=
输入功率：
OUTINPPη=
2430()0.8W==
（3） 选择磁芯：
由于输出功率为24W，需要留有一定的余量，选择磁芯的型号为：EI-28。其具体参
数如下：
材料：PC40；尺寸：28.0*16.75*10.6（mm）；PA：0.6005（）；：86 4cmeA2mm
WA：69.83； ：4300；2mmLA2/nHNSB：500mT（） 390mT（10） 25oC0oC
使用时为防止出现磁饱和，实取磁通密度mB= 250 mT
（4） 粗略估计匝数比以及最大占空比（通过实际计算）
min(1)OUTMAX
INMAXVDNVD−=
30000.55
22.50.45×=×
162.9=（求出结果后然后取整为Nm）
因为匝数比可以根据设计理念修正为MN＝165，从而可以产生新的MAXD minOUTMAXMINOUTVDNVV=+
3000
22.51653000=×+
44.7%=
（5） 计算初级平均电流，峰值电流和电流的有效值
由于输出功率为24W，用电流连续模式（CCM）比较适合。这里取为0.6 RPK
.minminINOUTPAVGININPPIVVη==
24
0.822.5=×
1.333A=
.1[1]2PAVGP
RPMAXII
KD=
−
1.333
(10.50.6)0.447=−××
4.26A=
2
.(13RPPRMSPMAXRPKIIDK=−)+