开关电源设计—变压器流程

前工程师讲解：开关电源设计—变压器流程

本系列文章从理论基础开始，由经验丰富的前工程师为大家讲解关于开关电源的设计，并对其中难点进行讲解，这个系列当中几乎包含了所有的常见拓扑电路，并且为采用自学方式的工程师量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。

计算初级电感量

K值就是上面说的电流连续比上面计算书定义的Ip2是电流上升前沿Ip1是电流上升后沿。所以当K=0的时候变压器是工作在临界模式以下的为防止计算出错一般习惯取0.001.

断续模式Ip就是ΔI；

得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得：

Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI

这时候就得到了变压器初级所需要的电感量。

选择合适的磁芯计算匝数

关于磁芯的选择网上有关于Ap法的很多计算公式。其实在做项目的时候根本没用过一次Ap法。对于公司已有的相同功率等级的型号，可以直接参照别的型号的磁芯作为初始设计出发点。

要是线绕不下，就抬高工作频率，骨架太空了，就选小一号的，一般经过几次迭代或者实验就出来了。对于完全全新的型号，是根据经验估算一个初始点，

然后经过反复迭代得出结果的。其实对于一般的功率等级，向反激式这种拓扑，多大功率用多大磁芯，经验丰富一点的工程师都知道，可以向他们请教。

选定了磁芯后，根据规格书得到对应的Ae值，然后就可以进行匝数计算。

由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB

对于断续模式ΔB=Bmax,

对于连续模式

ΔB=Bmax*(1-K)

因为连续模式电流有一部分直流分量，对应Bmax也有一部分直流励磁。这个一定注意，连续模式要是直接用Bmax来计算匝数匝数就会算少所以很容易就会饱和了。

有关Bmax的取值，对于常见的PC40/PC44材料，保证在最恶劣工作状态下，不要超过0.38。计算的时候，一般选取0.28-0.32之间，假如在极限条件下抓到饱和波形，可以抬高一点频率。

上面公式是计算断续模式匝数的。

ΔB=Bmax，

对于连续模式，上面式子一定要修改为：

ΔB=Bmax*(1-K)

要不然计算出的匝数偏小，动态情况下很容易就饱和了。

计算气隙长度。

公式推导比较简单的，具体的可以自行百度。安培环路定则还有做电源的俩最基本的公式消元法就OK了。

上面做了近似，近似所有的磁场能量都储存在气隙里面，因为磁芯的磁导率很高，气隙的磁场强度是磁芯的几时到几百倍，所以，近似磁芯为磁路短路，磁回路长度近似为气隙长度。

计算次级匝数

注意合理匝数取整。这个结合自己项目实际情况，取整后，变比会有所变化，Dmax也会有所变化，所以需要用取整后的参数进行核算Bmax。

对取整以后的变压器参数进行反向核算

因为对变压器进行了匝数取整变比也就成了一个确定值。Vinmin已知，变比n已知。

上面的公式我不推导了还是利用伏秒积平衡原理。

变压器初级电流我们在确定初级电感量的时候，是使用平均值反推出峰值，但是，由于变压器绕组主要损耗是线电阻损耗，电流在电阻负载上的功耗计算，需要有效值电流。反激式工作电流波有两种状态，断续模式与连续模式。

两种波形有各自的有效值电流计算公式

我只是很久以前推到过赵修科老师书上有自己可以去参考一下

上图是断续模式的计算公式

计算次级电流有效值

反激式初级次级工作电流是对应的，初级连续，次级也是连续，初级断续，次级也是断续的，因为初次级共用的是同一个磁芯。

上面是次级电流有效值的计算，断续模式的，并且加入了次级电流连续或者断续的判断，(判断这一步其实没有必要，因为变压器初级连续，次级也连续，初级断续，次级也断续。)

计算线径

电流密度呢，一般都选取6A/mm^2。

一定要注意趋肤效应，最小占空比越小，频率越高，趋肤效应越严重。特别是前级带有PFC的反激式电源。因为考虑到成本，尽量使用600V的Mos管，所以占空比非常小，也就0.15左右，这时候，变压器初级一定要使用多股线，用单根线的话，需要取更小的电流密度。

对于一定的电流，需要的导线截面积是一定的，在实际选取线径的时候，要结合实际所选的骨架几何尺寸，做合适的组合，尽量不要散绕，对于某一层绕组，单根线太散的话，可以选取两根或者几根细线进行并饶，只要绕组的总截面积在计算值左右就好。

至此，与反激式变压器相关的设计流程也就讲解完毕了。在下一节文章当中，小编将为大家整理关于EMC与PCB布局的相关知识，希望大家继续关注。

前工程师讲解：开关电源设计教程—主体思想

很多工程师都能回想起自己初学电源时的情景，从最基础的理论基础开始，大量的查阅资料。经历了迷茫和困惑，用时间一点点的积累。小编将为大家整理一系列有关开关电源设计的教程，几乎包含了开关电源的所有拓扑。这些教程由前工程师编写，根据自身的自学经验为大家量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。

在上一篇文章当中，小编为大家整理了关于开关电源的伏秒平衡的相关知识，在本篇文章当中将继续分享来自前工程师的关于反激变压器的设计细节，这一节是设计的主体思想，较为重要，希望大家能够充分理解。

本篇文章以一款19V、3.42A的适配器主功率回路设计过程为中心，来讲解一下反激式变压器的设计，主要参数：

输入电压：85-264AC；

输出：19V3.42A；

计算输出功率Pout=Iout*Vout=19*3.42=64.98W；

计算输入功率。Pin=Pout/η；

这里会出现一个效率估算的问题。效率η不应该是电源的总转换效率。这里的效率应该只包括变压器损耗、次级整流二极管损耗，PCB走线损耗，输出线损耗。Mos管损耗，整流桥损耗，前面的滤波电路的损耗，都不应该计算进去的。

估算大电解电容上的直流电压

Vdcmax=Vacmax*1.414=264*1.414=373V

Vdcmin=Vacmin*1.414*90%=108.171V这里为什么要乘上0.9呢？是因为在AC输入低端，Flyback工作在靠近最大占空比的位置，此时整个功率回路的增益必须保证有余量，计算输入电压应该按照大电解电容上的谷底电压来进行计算。谷底电压到底是多少，这个和所选取的电解电容的容量有关系，具体怎么计算，大家可去网络上查询，有很多相关资料。

高压端满载，Flyback工作在满载的最小占空比状态，这个时候需要注意的是Mos管，二极管上面的电压应力，而整个电路的增益不需要考虑的。

选择工作频率

Mos管上的电压应力越低，频率就可以跑的越高，也就是输入电压越低的产品，频率就可以跑得高一些，因为电压高低对开关电源Mos管上面的交叉损耗，影响非常大。可观察一下跑到上M级别频率的开关电源，输入电压都是非常低的。

对于全电压反激，100K没问题的。不要抱着频率低，效率高这样的观点去设计，其实这种说法不科学的。频率低，每秒钟开关次数少，开关损耗感觉会小一些。但是这个是有前提条件的，前提条件就是对于已经设计好的变压器，降低频率，是可以直接观察到效率提高。