单端反激式开关电源变压器设计
反激式开关电源变压器设计原理
反激式开关电源变压器设计原理首先是变比选择。
变压器的变比决定了输入电压和输出电压的比值。
通常情况下，开关电源需要将输入交流电压转换为稳定的直流电压，因此输出电压需要较低。
在选择变比时，考虑到电路的复杂性和功率转换效率，一般选择较大的输入电压和较小的输出电压。
变比的选择也需要考虑到负载的要求和功率转换效率的平衡。
其次是磁芯材料。
变压器的磁芯材料直接影响到电路的性能和效率。
一般情况下，磁芯材料需要具备较高的矫顽力和饱和磁场强度，以实现高效率的电力转换。
常用的磁芯材料有硅钢片、铁氧体和钕铁硼等。
在选择磁芯材料时需要综合考虑材料的价格、性能和可用性。
最后是工作频率。
反激式开关电源变压器工作在高频率下，一般在10kHz至1MHz之间。
高频率的工作可以减小变压器的体积和重量，提高电路的效率和响应速度。
但是，高频率也会增加电路的开关损耗和EMI（电磁干扰）噪声。
因此，在设计反激式开关电源变压器时需要对工作频率的选择进行充分的考虑。
此外，还需要注意的是反激式开关电源变压器的绝缘和散热问题。
由于反激式开关电源工作在高压和高频下，变压器绝缘需要特别注意以防止电路失效和安全事故发生。
同时，由于电路的功率转换过程中会产生大量的热量，因此需要设计合适的散热系统来保证电路的正常运行。
总结起来，反激式开关电源变压器的设计原理包括变比选择、磁芯材料和工作频率的选择。
设计人员需要根据具体的应用需求，综合考虑功率转换效率、体积和重量等因素，选择合适的设计方案。
同时，还需要注意绝缘和散热问题，以保证电路的安全和可靠运行。
开关电源的反激式变压器设计
用于单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计索引1、反激式变压器设计介绍02、电源设计所需的标准13、变压器设计步骤14、变压器结构74.1变压器材料94.2绕线方式94.3绕组顺序104.4多路输出104.5漏电感105、变压器磁芯类型116、线规表127、参考资料138、变压器元件来源铁芯131、反激式变压器设计介绍反激式电源变换器设计的关键因素之一是变压器的设计。
在此我们所说的变压器不是真正意义上的变压器，而更多的是一个能量存储装置。
在变压器初级导通期间能量存储在磁芯的气隙中，关断期间存储的能量被传送给输出。
初次级的电流不是同时流动的。
因此它更多的被认为是一个带有次级绕组的电感。
反激电路的主要优势是成本，简单和容易得到多路输出。
反激式拓扑对于100W以内的系统是实用和廉价的。
大于100W的系统由于着重降低装置的电压和电流，其它诸如正激变换器方式就变得更有成效。
反激式变压器设计是一个反复的过程，因为与它的变量个数有关，但是它不是很困难，稍有经验就可快速和容易的处理。
在变压器设计之前的重点是定义电源参数，诸如输入电压，输出功率，最小工作频率，最大占空比等。
根据这些我们就可以计算出变压器参数，选择合适的磁芯。
如果计算参数没有落在设计范围内，重复计算是必要的。
利用网站上的EXCEL电子表格可以容易的处理这些步骤。
属于ISMPSIC的IR40xx系列最初设计应用于准谐振方式，这意味变压器工作于不连续模式（磁场不连续，当变压器中的能量传递到次边后磁场反回到零）。
在PRC 模式中的变压器通常也工作于不连续状态，若工作于连续状态时工作频率设置的很低（约20KHZ 时一般不实用，因为需要较大尺寸的磁芯）。
因此本应用手册仅包含不连续设计的实例。
2、电源设计所需的标准在开始变压器设计之前，根据电源的规范必须定义一些参数如下：1）最小工作频率——min f2）预计电源效率——≈0.85~0.9（高压输出），0.75~0.85（低压输出）3）最小直流总线电压——min V 如110V 时最小输入电压85Vac ，可有10V 抖动）4）最大占空比——（建议最大值为0.5）5）串联谐振电容值——res C （建议取值范围为100pFf~1.5nF ，见图1）3、变压器设计步骤首先计算总输出功率，它包括所有次级输出功率，辅助输出功率和输出二极管的压降。
单端反激式开关电源(毕业设计)
目录摘要 (2)第一章开关电源概述 (1)1.1 开关电源的定义与分类 (1)1.2 开关电源的基本工作原理与应用 (1)1.2.1 开关电源的基本工作原理 (1)1.2.2 开关电源的应用 (2)1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势 (5)1.3.1 开关电源待解决的问题 (5)1.3.2 开关电源的发展趋势 (5)第二章设计方案比较与选择 (7)2.1 本课题选题意义 (7)2.2 方案的设计要求 (7)2.3 选取的设计方案 (8)第三章反激式高频开关电源系统的设计 (9)3.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图 (9)3.2 单端反激式高频变压器的设计 (10)3.2.1 高频变压器设计考虑的问题 (10)3.2.2 单端反激式变压器设计 (11)3.3 高频开关电源控制电路的设计 (15)3.3.1 PWM 集成控制器的工作原理与比较 (15)3.3.2 UC3842工作原理 (17)3.3.3 UC3842的使用特点 (18)3.4 反馈电路及保护电路的设计 (19)3.4.1 过压、欠压保护电路及反馈 (19)3.4.2 过流保护电路及反馈 (19)3.5变压器设计中注意事项 (20)第四章总结 (21)参考文献 (23)致谢 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。
为此本论文以反激式高频开关电源为设计方向而展开，对高频变压器的认知及所注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。
多路输出单端反激式开关电源设计
设计要求本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为10 W。
为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB 上。
考虑10W的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。
单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。
单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片TL431及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。
本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：10W输入交流电压：85～265V输出直流电压／电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA纹波电压：≤120mV单端反激式开关电源的控制原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。
反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。
这也是反激式电路的基本工作原理。
而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。
TOPSwitch-Ⅱ系列芯片选型及介绍TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。
控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。
源极(S)与高压功率回路的MOSFET的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。
内部输出极MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降，控制电压的典型值为5.7 V，极限电压为9 V，控制端最大允许电流为100 mA。
20W单端反激开关电源设计
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：20W单端反激开关电源设计院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2010-12-27至2011-1-7课程设计（论文）任务及评语注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要近年来，随着电力电子技术的发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化﹑继承化的方向发展，高效率的开关电源已经得到了越来越广泛的应用，单端反激式电路以其简单，可以高效提供直流输出等诸多优点，特别适合设计小功率的开关电源。
本文介绍了一种单端反激式单片开关电源的设计方法。
该开关电源输入电压单相170~ 260V，输入交流电频率45~65HZ,输出直流电压12V恒定,输出直流电流2A，最大功率：25W，可获得高质量的稳压输出。
参照给定的该电源的技术参数，设计了该开关电源的滤波、整流、逆变等电路。
详细的给出了开关电源高频变压器的设计方法，并通过反复试验有了一定的心得，取得了高频变压器设计的宝贵经验。
文中给出了主电路图，通过基本计算，选择控制电路和保护电路的结构以及变压器的变比及容量。
本文重点介绍该电源的设计思想，工作原理及特点。
关键词：开关电源；反激电路；脉宽调制目录 TOC \o "1-3" \f \h \zHYPERLINK \L "_TOC282099721"第1章绪论PAGEREF _TOC282099721 \H 1HYPERLINK \L "_T OC282099722" 1.1 开关电源技术概况PAGEREF _T OC282099722 \H 1HYPERLINK \l "_Toc282099723" 1.1.1开关电源的基本概念PAGEREF _Toc282099723 \h 1HYPERLINK \l "_Toc282099724" 1.1.2开关电源的发展PAGEREF _Toc282099724 \h 1HYPERLINK \L "_T OC282099725" 1.2 本文设计内容PAGEREF _T OC282099725 \H 2HYPERLINK \L "_TOC282099726"第2章 20W单端反激开关电源电路设计PAGEREF _TOC282099726 \H 3HYPERLINK \L "_T OC282099727" 2.1 20W单端反激开关电源总体设计方案PAGEREF _T OC282099727 \H 3HYPERLINK \l "_Toc282099728" 2.1.1开关电源的种类选择PAGEREF _Toc282099728 \h 3HYPERLINK \l "_Toc282099729" 2.1.2单端反激式开关电源PAGEREF _Toc282099729 \h 3HYPERLINK \l "_Toc282099730" 2.1.3开关稳压电源的电路原理框图PAGEREF _Toc282099730 \h 4HYPERLINK \l "_Toc282099731"2.1.4调宽式开关稳压电源的基本原理PAGEREF _Toc282099731 \h 5HYPERLINK \l "_Toc282099732"2.1.5开关电源的两种工作模式PAGEREF _Toc282099732 \h 5HYPERLINK \L "_T OC282099733"2.2 具体电路设计PAGEREF _T OC282099733 \H 6HYPERLINK \l "_Toc282099734" 2.2.1主电路设计PAGEREF _Toc282099734 \h 6HYPERLINK \l "_Toc282099735" 2.2.2控制设计PAGEREF _Toc282099735 \h 9HYPERLINK \l "_Toc282099736" 2.2.3保护电路设计PAGEREF _Toc282099736 \h 12HYPERLINK \L "_T OC282099737" 2.3 元器件型号选择PAGEREF _T OC282099737 \H 14HYPERLINK \L "_T OC282099738" 2.4 系统调试或仿真、数据分析PAGEREF _T OC282099738 \H 15HYPERLINK \L "_TOC282099739"第3章课程设计总结PAGEREF _TOC282099739 \H 17HYPERLINK \L "_TOC282099740"参考文献PAGEREF _TOC282099740 \H 18绪论开关电源技术概况开关电源的基本概念电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。
一款多路输出单端反激式开关电源的电路设计方案
多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的新巨电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。
仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。
为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。
从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。
从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动(包括电压变动，负载变动等)，在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度(一般优于0.5%)，也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。
对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1)T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32)辅助电路的负载情况。
3)主电路的负载情况注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。
图1在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。
在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。
为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。
电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1)测试仪表及设备连接。
2)调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2…Sn，调节被测电源变换器各路输出电流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。
3)调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。
4)按式(1)计算第j路的交叉负载调整率SIL。
SIL=×100%(1)式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时，Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值；Uj为各路输出电流为额定值时，第j路的输出电压。
单端自激式反激型开关电源的启动电路_开关电源原理与应用设计_[共4页]
第2章 单端式开关电源实际电路
163║
图2-15 给功率开关变压器铁芯增加气隙的结构图（续）
6．功率开关变压器初级绕组匝数N p 的计算
功率开关变压器铁芯气隙的宽度L g 计算出来以后，
可以利用下式计算功率开关变压器初级绕组匝数N p ：
4
max g p p 100.4πB L N I ⨯= （2-41）
将式（2-39）代入上式中，还可以得到功率开关变压器初级绕组匝数N p 的另外一个计算公式为
()4
p p p e max 10L I N A B ⨯= （2-42）
采用式（2-41）和式（2-42）都可以计算出功率开关变压器初级绕组的匝数N p ，结果是相同的。
因此，在设计实际应用电路时可根据已知条件进行灵活运用。
7．功率开关变压器次级绕组匝数N s 的计算
对于单端式反激型开关电源电路来说，一般功率开关变压器的次级绕组不只一组，有几路输出电压就有几组次级绕组，而每一组次级绕组的匝数N s 可由下式来计算：
()()
p o1d max s1i min max 1N U V D N U D +-= （2-43）
式中i min i 1.420U U =-，单位为V ；V d 为输出快速整流二极管的正向压降，单位为V ；U o1为第一路直流输出电压，单位为V 。
2.3.4 单端自激式反激型开关电源的启动电路
在开关电源电路的设计和调试中，单端自激式反激型开关电源中的启动电路常常被人们所忽视，这样就导致了设计出来的开关电源电路在实际调试或实际工作中常常出现不能起振或工作不可靠的问题。
因此，在这里我们将对单端自激式反激型开关电源中的启动电路进行较详细的分析。
(整理)反激式开关电源变压器设计原理.
反激式开关电源变压器设计原理(Flyback Transformer Design Theory)第一节. 概述.反激式(Flyback)转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器.因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名.离线型反激式转换器原理图如图.一、反激式转换器的优点有:1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求.2. 转换效率高,损失小.3. 变压器匝数比值较小.4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求.二、反激式转换器的缺点有:1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下.2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大.3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂.第二节. 工作原理在图1所示隔离反驰式转换器(The isolated flyback converter)中, 变压器" T "有隔离与扼流之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke.电路的工作原理如下:当开关晶体管 Tr ton时,变压器初级Np有电流 Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp / 2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形如图2.由图可知,导通时间 ton的大小将决定Ip、Vce的幅值:Vce max = VIN / 1-DmaxVIN: 输入直流电压 ; Dmax : 最大工作周期Dmax = ton / T由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保持低的Dmax,也就是Dmax＜0.5,在实际应用中通常取Dmax = 0.4,以限制Vcemax ≦ 2.2VIN.开关管Tr on时的集电极工作电流Ie,也就是原边峰值电流Ip 为: Ic = Ip = IL / n. 因IL = Io,故当Io一定时,匝比 n的大小即决定了Ic 的大小,上式是按功率守恒原则,原副边安匝数相等 NpIp = NsIs而导出. Ip亦可用下列方法表示:Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率公式导出如下:输出功率 : Po = LIp2η / 2T输入电压 : VIN = L di / dt设di = Ip,且 1 / dt = f / Dmax,则:VIN = LIpf / Dmax 或 Lp = VIN*Dmax / Ipf则Po又可表示为 :Po = ηVINf DmaxIp2 / 2f Ip = 1/2ηVINDmaxIp∴ Ip = 2Po / ηVINDmax上列公式中 :VIN : 最小直流输入电压 (V)Dmax : 最大导通占空比Lp : 变压器初级电感 (mH)Ip : 变压器原边峰值电流 (A)f : 转换频率 (KHZ)图2 反激式转换器波形图由上述理论可知,转换器的占空比与变压器的匝数比受限于开关晶体管耐压与最大集电极电流,而此两项是导致开关晶体成本上升的关键因素,因此设计时需综合考量做取舍.反激式变换器一般工作于两种工作方式 :1. 电感电流不连续模式DCM (Discontinuous Inductor Current Mode)或称 " 完全能量转换 ": ton时储存在变压器中的所有能量在反激周期 (toff)中都转移到输出端.2. 电感电流连续模式CCM ( Continuous Inductor Current Mode) 或称 " 不完全能量转换 " : 储存在变压器中的一部分能量在toff末保留到下一个ton周期的开始.DCM和CCM在小信号传递函数方面是极不相同的,其波形如图3.实际上,当变换器输入电压VIN 在一个较大范围内发生变化,或是负载电流IL在较大范围内变化时,必然跨越着两种工作方式.因此反激式转换器要求在DCM / CCM都能稳定工作.但在设计上是比较困难的.通常我们可以以DCM / CCM 临界状态作设计基准.,并配以电流模式控制PWM.此法可有效解决DCM时之各种问题,但在 CCM时无消除电路固有的不稳定问题.可用调节控制环增益编离低频段和降低瞬态响应速度来解决CCM时因传递函数 " 右半平面零点 "引起的不稳定.DCM和CCM在小信号传递函数方面是极不相同的,其波形如图3.图3 DCM / CCM原副边电流波形图实际上,当变换器输入电压VIN在一个较大范围内发生变化,或是负载电流 IL在较大范围内变化时,必然跨越着两种工作方式.因此反激式转换器要求在DCM / CCM都能稳定工作.但在设计上是比较困难的.通常我们可以以DCM / CCM临界状态作设计基准.,并配以电流模式控制PWM.此法可有效解决DCM时之各种问题,但在CCM时无消除电路固有的不稳定问题.可用调节控制环增益编离低频段和降低瞬态响应速度来解决CCM时因传递函数 " 右半平面零点 "引起的不稳定.在稳定状态下,磁通增量ΔΦ在ton时的变化必须等于在"toff"时的变化,否则会造成磁芯饱和.因此,ΔΦ = VIN ton / Np = Vs*toff / Ns即变压器原边绕组每匝的伏特/秒值必须等于副边绕组每匝伏特/秒值.比较图3中DCM与CCM之电流波形可以知道:DCM状态下在Tr ton期间,整个能量转移波形中具有较高的原边峰值电流,这是因为初级电感值Lp相对较低之故,使Ip急剧升高所造成的负面效应是增加了绕组损耗(winding lose)和输入滤波电容器的涟波电流,从而要求开关晶体管必须具有高电流承载能力,方能安全工作.在CCM状态中,原边峰值电流较低,但开关晶体在ton状态时有较高的集电极电流值.因此导致开关晶体高功率的消耗.同时为达成CCM,就需要有较高的变压器原边电感值Lp,在变压器磁芯中所储存的残余能量则要求变压器的体积较DCM时要大,而其它系数是相等的.综上所述,DCM与CCM的变压器在设计时是基本相同的,只是在原边峰值电流的定义有些区别 ( CCM时 Ip = Imax - Imin ).第三节 FLYBACK TANSFORMER DESIGN一、FLYBACK变压器设计之考量因素:1. 储能能力.当变压器工作于CCM方式时,由于出现了直流分量,需加AIR GAP,使磁化曲线向 H 轴倾斜,从而使变压器能承受较大的电流,传递更多的能量.Ve: 磁芯和气隙的有效体积.or P = 1/2Lp (Imax2 - Imin2)式中Imax, Imin ——为导通周期末,始端相应的电流值.由于反激式变压器磁芯只工作在第一象限磁滞回线,磁芯在交、直流作用下的B.H效果与AIR GAP大小有密切关联,如图4.在交流电流下气隙对ΔBac无改变效果,但对ΔHac将大大增加,这是有利的一面,可有效地减小CORE的有效磁导率和减少原边绕组的电感.在直流电流下气隙的加入可使CORE承受更加大的直流电流去产生HDC,而BDC却维持不变,因此在大的直流偏置下可有效地防止磁芯饱和,这对能量的储存与传递都是有利的. 当反激变压器工作于CCM时,有相当大的直流成份,这时就必须有气隙.外加的伏秒值,匝数和磁芯面积决定了B轴上ΔBac值; 直流的平均电流值,匝数和磁路长度决定了H轴上HDC值的位置. ΔBac对应了ΔHac 值的范围.可以看出,气隙大ΔHac就大. 如此,就必须有足够的磁芯气隙来防止饱和状态并平稳直流成分.图 4 有无气隙时返驰变压器磁芯第一象限磁滞回路2. 传输功率 .由于CORE材料特性,变压器形状(表面积对体积的比率),表面的热幅射,允许温升,工作环境等的不特定性,设计时不可把传输功率与变压器大小简单的作联系,应视特定要求作决策.因此用面积乘积法求得之AP值通常只作一种参考. 有经验之设计者通常可结合特定要求直接确定CORE之材质,形状,规格等.3. 原,副边绕组每匝伏数应保持相同.设计时往往会遇到副边匝数需由计算所得分数匝取整,而导致副边每匝伏数低于原边每匝伏数. 如此引起副边的每匝伏秒值小于原边,为使其达到平衡就必须减小 ton时间,用较长的时间来传输电能到输出端. 即要求导通占空比D小于0.5. 使电路工作于DCM模式.但在此需注意: 若 Lp太大,电流上升斜率小,ton时间又短(＜50%),很可能在"导通"结束时,电流上升值不大,出现电路没有能力去传递所需功率的现象. 这一现象是因系统自我功率限制之故.可通过增加AIR GAP和减小电感Lp,使自我限制作用不会产生来解决此问题.4. 电感值Lp .电感Lp在变压器设计初期不作重点考量. 因为Lp只影响开关电源的工作方式. 故此一参数由电路工作方式要求作调整. Lp的最大值与变压器损耗最小值是一致的. 如果设计所得Lp大,又要求以CCM方式工作,则刚巧合适. 而若需以DCM方式工作时,则只能用增大AIR GAP,降低Lp来达到要求,这样,一切均不会使变压器偏离设计.在实际设计中通过调整气隙大小来选定能量的传递方式(DCM / CCM) . 若工作于DCM方式,传递同样的能量峰值电流是很高的. 工作中开关Tr,输出二极体D以及电容C产生最大的损耗,变压器自身产生最大的铜损(I2R). 若工作于CCM方式,电感较大时,电流上升斜率低虽然这种状况下损耗最小,但这大的磁化直流成分和高的磁滞将使大多数铁磁物质产生磁饱和. 所以设计时应使用一个折衷的方法,使峰值电流大小适中,峰值与直流有效值的比值比较适中. 只要调整一个合适的气隙,就可得到这一传递方式,实现噪音小,效率合理之佳况.5. 磁饱和瞬时效应.在瞬变负载状况下,即当输入电压为VINmax而负载电流为Iomin时,若Io突然增加,则控制电路会立即加宽脉冲以提供补充功率. 此时,会出现VINmax和Dmax并存,即使只是一个非常短的时间,变压器也会出现饱和,引起电路失控. 为克服此一瞬态不良效应,可应用下述方法:变压器按高输入电压(VINmax),宽脉冲(Dmax)进行设计. 即设定低的ΔB工作模式,高的原边绕组匝数,但此方法之缺点是使变压器的效率降低.例 : 60watts ADAPTER POWER MAIN X'FMRINPUT : 90 ~ 264 Vac 47 ~ 63 HZ ;OUTPUT : DC 19V 0 ~ 3.16A ; Vcc = 12VDC 0.1Aη≧ 0.83 ; f s =70KHZ ; Duty cylce over 50%△t ≦40o (表面) @ 60W ; X'FMR限高 21mm.CASE Surface Temperature ≦ 78℃ .Note : Constant Voltage & Current Design (CR6848,CR6850) Step1. 选择CORE材质,确定△B本例为ADAPTER DESIGN,由于该类型机散热效果差,故选择CORE 材质应考量高Bs,低损耗及高μi材质,结合成本考量,在此选用Ferrite Core, 以TDK 之 PC40 or PC44为优选, 对比TDK DATA BOOK, 可知 PC44材质单位密度相关参数如下: μi = 2400 ± 25% Pvc = 300KW /m2 @100KHZ ,100℃Bs = 390mT Br = 60mT @ 100℃Tc = 215℃为防止X'FMR出现瞬态饱和效应, 此例以低△B设计.选△B = 60%Bm, 即△B = 0.6 * (390 - 60) = 198mT ≒0.2 TStep2 确定Core Size和 Type.1> 求core AP以确定 sizeAP= AW*Ae=(Pt*104)/(2ΔB*fs*J*Ku)= [(60/0.83+60)*104]/(2*0.2*70*103*400*0.2) = 0.59cm4式中 Pt = Po /η +Po 传递功率;J : 电流密度 A / cm2 (300~500) ; Ku: 绕组系数 0.2 ~ 0.5 .2> 形状及规格确定.形状由外部尺寸,可配合BOBBIN, EMI要求等决定,规格可参考AP值及形状要求而决定, 结合上述原则, 查阅TDK之DATA BOOK,可知RM10, LP32/13, EPC30均可满足上述要求,但RM10和EPC30可用绕线容积均小于LP32/13,在此选用LP32/13 PC44,其参数如下:Ae = 70.3 mm2 Aw = 125.3mm2 AL = 2630±25% le = 64.0mm AP = 0.88 cm4 Ve = 4498mm3 Pt = 164W ( forward )Step3 估算临界电流 IOB ( DCM / CCM BOUNDARY )本例以IL达80% Iomax时为临界点设计变压器.即 : IOB = 80%*Io(max) = 0.8*3.16 = 2.528 AStep4 求匝数比 nn = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)] VIN(min) = 90*√2 - 20 = 107V= [107 / (19 + 0.6)] *[0.5 / (1- 0.5)]= 5.5 ≒ 6匝比 n 可取 5 或 6,在此取 6 以降低铁损,但铜损将有所增加.CHECK Dmax:Dmax = n (Vo +Vf) / [VINmin + n (Vo + Vf)]= 6*(19 + 0.6) /[107 + 6*(19 + 0.6)] = 0.52Step5 求CCM / DCM临ΔISB = 2IOB / (1-Dmax) = 2*2.528 / (1-0.52) = 10.533Step6 计算次级电感 Ls 及原边电感 LpLs = (Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / ΔISB = (19+0.6) * (1-0.52) * (1/70000) / 10=12.76uHLp = n2 Ls = 62 * 12.76 = 459.4 uH ≒ 460此电感值为临界电感,若需电路工作于CCM,则可增大此值,若需工作于DCM则可适当调小此值.Step7 求CCM时副边峰值电流ΔispIo(max) = (2ΔIs + ΔISB) * (1- Dmax) / 2 ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) - (ΔISB / 2 )ΔIsp = ΔISB +ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) + (ΔISB/2) = 3.16 / (1-0.52) + 10.533 / 2=11.85AStep8 求CCM时原边峰值电流ΔIppΔIpp = ΔIsp / n = 11.85 / 6 = 1.975 AStep9 确定Np、Ns1> NpNp = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae) = 460*1.975 / (0.2*70.3) = 64.6 Ts因计算结果为分数匝,考虑兼顾原、副边绕组匝数取整,使变压器一、二次绕组有相同的安匝值,故调整 Np =60Ts OR Np = 66Ts考量在设定匝数比n时,已有铜损增加,为尽量平衡Pfe与Pcu,在此先选Np = 60 Ts.2> NsNs = Np / n = 60 / 6 = 10 Ts3> Nvcc求每匝伏特数Va Va = (Vo + Vf) / Ns = (19+0.6) / 10 = 1.96 V/Ts∴ Nvcc = (Vcc + Vf) / Va =(12+1)/1.96=6.6 Step10 计算AIR GAPlg = Np2*μo*Ae / Lp = 602*4*3.14*10-7*70.3 / 0.46 = 0.69 mmStep11 计算线径dw1> dwpAwp = Iprms / J Iprms = Po / η/ VIN(min) = 60/0.83/107 = 0.676AAwp = 0.676 / 4 J取4A / mm2 or 5A / mm2= 0.1 (取Φ0.35mm*2)2> dwsAws = Io / J = 3.16 / 4 (Φ1.0 mm)量可绕性及趋肤效应,采用多线并绕,单线不应大于Φ0.4, Φ0.4之Aw= 0.126mm2, 則 0.79 (即Ns采用Φ0.4 * 6)3> dwvcc Awvcc = Iv / J = 0.1 /4上述绕组线径均以4A / mm2之计算,以降低铜损,若结构设计时线包过胖,可适当调整J之取值.4> 估算铜窗占有率.0.4Aw ≧Np*rp*π(1/2dwp)2 +Ns*rs*π(1/2dws)2 + Nvcc*rv*π(1/2dwv)20.4Aw≧60*2*3.14*(0.35/2)2+10*6*3.14+(0.4/2)2+7*3.14*(0.18/2)2≧ 11.54 + 7.54 + 0.178 = 19.260.4 * 125.3 = 50.1250.12 > 19.26 OKStep12 估算损耗、温升1.2.求出各绕组之线长.3.4.求出各绕组之RDC和Rac @100℃5.求各绕组之损耗功率6.加总各绕组之功率损耗(求出Total值)如 : Np = 60Ts , LP32/13BOBBIN绕线平均匝长 4.33cm则 INP = 60*4.33 = 259.8 cm Ns =10Ts则 INS = 10*4.33 = 43.3 cmNvcc = 7Ts則 INvc = 7 * 4.33 = 30.31cm查线阻表可知 : Φ0.35mm WIRE RDC =0.00268Ω/cm @ 100℃Φ0.40mm WIRE RDC = 0.00203Ω/cm @ 100℃Φ0.18mm WIRE RDC = 0.0106Ω/cm @ 100℃R@100℃ = 1.4*R@20℃求副边各电流值. 已知Io = 3.16A.副边平均峰值电流 : Ispa = Io / (1-Dmax ) = 3.16 / (1- 0.52) = 6.583A 副边直流有效电流: Isrms = √〔(1-Dmax)*I2spa〕= √(1- 0.52)*6.5832 = 4.56A副边交流有效电流: Isac = √(I2srms - Io2) = √(4.562-3.162) = 3.29A 求原边各电流值 :∵ Np*Ip = Ns*Is原边平均峰值电流 : Ippa = Ispa / n = 6.58 / 6 = 1.097A原边直流有效电流 : Iprms = Dmax * Ippa = 1.097 * 0.52 = 0.57A原边交流有效电流: Ipac = √D*I2ppa = 1.097*√0.52 = 0.79A求各绕组交、直流电阻.原边 : RPDC = ( lNp * 0.00268 ) / 2 = 0.348ΩRpac = 1.6RPDC = 0.557Ω副边 : RSDC = ( lNS*0.00203 ) /6 = 0.0146ΩRsac = 1.6RSDC = 0.0243ΩVcc绕组 : RDC =30.31*0.0106 = 0.321Ω计算各绕组交直流损耗:副边直流损 : PSDC = Io2RSDC = 3.162 * 0.0146 = 0.146W交流损 : Psac = I2sac*Rsac = 3.292*0.0234 = 0.253WTotal : Ps = 0.146 + 0.253 = 0.399 W原边直流损 : PPDC = Irms2RPDC = 0.572 * 0.348 = 0.113W交流損 : Ppac = I2pac*Rpac = 0.792*0.557 = 0.348W忽略Vcc绕组损耗(因其电流甚小) Total Pp = 0.461W总的线圈损耗 : Pcu = Pc + Pp = 0.399 + 0.461 = 0.86 W2> 计算铁损 PFe查TDK DATA BOOK可知PC44材之△B = 0.2T 时,Pv = 0.025W / cm2LP32 / 13之Ve = 4.498cm3PFe = Pv * Ve = 0.025 * 4.498 = 0.112W1.2.Ptotal = Pcu + PFe = 0.6 + 0.112 = 0.972 W3.4.估算温升△t依经验公式△t = 23.5PΣ/√Ap = 23.5 * 0.972 / √0.88 = 24.3 ℃估算之温升△t小于SPEC,设计OK.Step13 结构设计查LP32 / 13 BOBBIN之绕线幅宽为 21.8mm.考量安规距离之沿面距离不小于6.4mm.为减小LK提高效率,采用三明治结构,其结构如下 :X'FMR结构 :Np#13.2 / 3.22 -- AΦ0.35 * 2301LSHI#23.2 / 3.2SHI- 42mils * 1213LNs#33.2 / 3.28.9 - 6.7Φ0.4 * 6103LSHI#43.2 / 3.2SHI- 42mils * 1211LNp#53.2 / 3.2A -- 1Φ0.35 * 2301LNvcc#63.2 / 3.23 -- 4Φ0.1872L#7连结两A 点2L。
高频开关电源单端反激变压器的原理与设计方法
高频开关电源单端反激变压器的原理与设计方法吕利明1，肖建平2，钟智勇1，石玉1（1. 电子科技大学微电子与固体电子学院，四川成都 610054；2. 中电科技集团29所，四川成都 610034）摘 要: 针对小功率电源的设计，详细介绍了单端反激变压器中连续电流模式(Continuous Current Mode, CCM)和断续电流模式(Discontinuous Current Mode, DCM)下变压器的工作原理，论述了采用面积乘积法（A w A e）设计反激式主功率变压器的方法。
关键词: 单端反激变压器；连续电流模式；断续电流模式；设计中图分类号：TM433 文献标识码：B 文章编号：1001-3830(2006)01-0036-03Design of Single-ended Flyback Transformer inHigh-frequency Switching Power SupplyLV Li-ming1, XIAO Jian-ping2, ZHONG Zhi-yong1, SHI Yu11. School of Micro-Electronics and Solid-state Electronics, University of ElectronicsScience and Technology of China, Chengdu 610054，China;2. 29th Institute, China Electronic Technology Group Corporation, Chengdu 610034, ChinaAbstract: In this paper, we introduce the operating principle of single-ended flyback transformer under continuous current mode(CCM) and discontinuous current mode(DCM) and design method of area product for single-ended flyback transformer for low power switching power supply.Key words: single-ended flyback transformer; continuous current mode; discontinuous current mode; design1 引言电子信息产业的迅速发展，对高频开关式电源不断提出新的要求。
单端反激式变压器的三个设计公式
关于单端反激式变压器的三个设计公式Three design dormulas of flyback transformer摘要：对三个设计公式的不同表述形式，进行分析和必要的推导，弄清其关系及正确与否。
关键词：初级（临界）电感磁芯气隙初级绕组设计公式设计变压器离不开公式，有时发现几本著作的表述不完全一样。
这就使一些刚入门的设计人员，无所适从，摸不着头脑。
不同的表述，有的是所采用的参数不同，实际结果是一样的。
但是，也有却是错的，不宜采用。
现在，就以本人手头的三本书中，关于开关电源单端反激式变压器的三个主要的设计公式：求初级（临界）电感、计算磁心气隙和求初级绕组匝数，对它们的不同表述进行分析和必要的推导。
这三本书为：《电子变压器手册》、《现代高频开关电源实用技术》和《集成开关电源的设计制作调试与维修》。
（以下分别简写为<手册>、<技术>和<制作>。
）第一组公式：求初级（临界）电感①<手册>p.387.②<技术>p.76.③<制作>p.108.第二组公式：计算磁心气隙④<手册>p.388.⑤<技术>p.75.⑥<技术>p.75.⑦<制作>p.109.第三组公式：求初级绕组匝数⑧<手册>p.389.⑨<技术>p.77.⑩<制作>p.109.由于对各参数的单位进行了统一，上列各公式与原文相比作了一些变动。
各参数的单位如下：Up1、Up2、E、Vi、V o-V，T-μs，P-W，B-Gs，RL-Ω，g-cm，Ip-A，AL--nH/N2，Lp-μH。
公式中参数关系有：n=ETon/V oToff，E=Vi=Up1，V o=Up2。
其中E、Vi、Up1指输入直流电压减去电路压降。
公式计算均忽略了变压器效率。
现在，先对第一组公式进行分析和推导。
根据可以得到：（1-1）根据2PoT=LpIp2可以得到:，（1-2）由（1--1）可知：LpIp=ViδT=ViTon，（1-3）由（1--2）和（1--3）可以得到：，（1-4）将（1--4）代入（1--1）：，（1-5）用E、D取代Vi、δ即为公式②右端。
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如：EI25 Ve=2050m m³， Ae=42平 方毫米， Le=49.4m m； f=40KHz ；η =0.75；
Lg = 0.005*49 .4 = 0.247mm ---气隙 长度
单端反激式开关电源变压器设计
依据MOS管耐压的变压器设计
初级参数
输入
Vacmin 输入电压（V）
86.00
Vacmax 电源功率（W） Pout
265.00 45.00
预设效率（%） η
87.00
计算结果
Vdcmin 输入电压（V）
Vdcmax
反射电压（V）
Vf
周期 μs
T
工作频率（KHz） f
70.00
EFD -EFD12 EFD15 EFD20 EFD25 EFD30 --EPC -EPC13 EPC17 EPC19 EPC25 EPC30 --EER EER9.5 EER11 EER14.5 EER28 EER35 EER42 EER49 -ETD -- - ETD29 ETD34 ETD44 ETD49 ETD54 -EP EP10 EP13 EP17 EP20 --- -- -RM RM4 RM5 RM6 RM10 RM12 RM14 ---
PIN = Ve*F/555 5= 2050*40/ 5555 = 14.76W；
0.00 193.96
0.09 54.67 0.70
37.85 0.19
Pout = η*Pin = 0.75 * 14.76 = 11.07W; 若： f=100KHz 则： Pout = 11.07W *(100/40 )= 27.675W
B、 ELYTONE 公司--100KHz wbymcs51 .blog.bo
型号 输 出功率 （W） <5 5-10 10-20 20-50 50-100 100-200 200-500 500-1K EI EI12.5 EI16 EI19 EI25 EI40 EI50 EI60 -EE EE13 EE16 EE19 EE25 EE40 EE42 EE55 EE65 EF EF12.6 EF16 EF20 EF25 EF30 EF32 ---
附：
EE磁芯参数表
算结果
94.60
357.75 92.25 14.29
7.23
单端反激 式开关电 源磁芯尺 寸和型号 选择
A、单端 反激式变 压器磁芯 的选择公 式 wbymcs51 .blog.bo Ve = 5555 * P /f
式中：Ve ——为磁 芯的体 积： Ve=Ae*Le ；单位 为：毫米 立方；
POT POT1107 POT1408 POT1811 POT2213 POT3019 POT3622 POT4229 -PQ -- --PQ2016 PQ2625 PQ3230 PQ3535 PQ4040 EC -- --- -- -EC35 EC41 EC70
摘自 Power Transfor mers OFF-LINE Switch Mode
最大导通时间( μs) t
MOS耐压（V） Vmosmax
600.00
最大占空比
Dmax
连续模式输入 断续模式输入
0.50
输入功率（W） Pin
磁芯预选：
1.00 0.50 EE13
初级电流
Ip
最大电感量（mH） Lp
初级次级匝数比 n
磁芯型号 磁芯截面（mm2） Ae
磁感应强度（T） Bw 输出电压（V） Vout 输出电流（A） Iout
A、 Internat ional Rectifie r公司-56KHz
输出功率 推荐磁芯 型号 0---10W EFD15 SEF16 EF16 EPC17 EE19 EF(D)20 EPC25 EF(D)25
10-20W EE19 EPC19 EF(D)20 EE, EI22 EF(D)25 EPC25
APPLICAT ION NOTES Converte r circuit as a function of S.M.P.S. output voltage (Vo) and output power (Po)
C、 Fairchil d SEMIcond uctor公 司-67KHz Output Power EI core EE core EPC core EER core 0-10W EI12.5 EE8 EPC10 EI16 EE10 EPC13 EI19 EE13 EPC17 EE16 10-20W EI22 EE19 EPC19 20-30W EI25 EE22 EPC25 EER25.5 30-50W EI28 EE25 EPC30 EER28 EI30 50-70W EI35 EE30 EER28L 70-100W EI40 EE35 EER35
摘自： Applicat ion Note AN4140 Transfor mer Design Consider ation for offline FlybackT MConvert ers using Fairchil d Power Switch (FPS)
本文来 自: 原文网 址： http://w ww.dz3w. com/arti clescn/x former/1 670.html
20-30W EI25 EF(D)25 EPC25 EPC30 EF(D)30 ETD29 EER28(L)
30-50W EI28 EER28(L) ETD29 EF(D)30 EER35
50-70W EER28L ETD34 EER35 ETD39
70-100W ETD34 EER35 ETD39 EER40 E21 摘自 Internat ional Rectifie r,AN1018 -“应用 IRIS40xx 系列单片 集成开关 IC开关电 源的反激 式变压器 设计”
100-150W EI50 EE40 EER40 EER42 150-200W EI60 EE50 EER49 EE60 The core quick selectio n table For universa l input range, fs=67kHz and 12V single output
EE13 17.20
磁芯气隙（cm） lg 初级匝数（Turn） Np
0.20
初级线径（mm） Dp
பைடு நூலகம்
次级参数：
26.00
次级匝数（Turn） Ns
1.40
次级线径（mm） Ds
辅助电压（V） Va 辅助电流（A） Ia
18.00 0.10
辅助匝数（Turn） Na 辅助线径（mm） Da
使用说明: A,首先输入表格左侧已知参数，则相应数据会在右侧对应栏中得出 B，变压器磁芯必须预选，Ae，Bw查磁芯规格书。EE磁芯可以参考下表 C，连续模式输入0.5，断续模式输入1 D，使用的时候请按照顺序输入，否则会打乱运算步骤。
P ——为 输入功 率；单位 为：瓦；
f ——为 开关频 率；单位 为：千赫 兹； 本公式假 设： Bm=0.3T, Lg/Le=0. 5%=气隙 长度/磁 芯等效长 度；
0.49
0.52 0.02 60.25 3.55
如果 Lg/Le=气 隙长度/ 磁芯等效 长度=1% 时，又如 何计算 呢？（请 考虑）