單端反激開關電源變壓器設計總結

單端反激開關電源的變壓器實質上是一個耦合電感，它要承擔著儲能、變壓、傳遞能量等工作。下面對工作于連續模式和斷續模式的單端反激變換器的變壓器設計進行了總結。

　　1、 已知的參數

　　這些參數由設計人員根據用戶的需求和電路的特點確定，包括：輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、每路輸出的功率Pout、效率η、開關頻率fs(或周期T)、線路主開關管的耐壓Vmos。

　　2、 計算

　　在反激變換器中，副邊反射電壓即反激電壓Vf與輸入電壓之和不能高過主開關管的耐壓，同時還要留有一定的裕量(此處假設為150V)。反激電壓由下式確定：Vf=VMos-VinDCMax-150V

　　反激電壓和輸出電壓的關系由原、副邊的匝比確定。所以確定了反激電壓之后，就可以確定原、副邊的匝比了。

　　Np/Ns=Vf/Vout

　　另外，反激電源的最大占空比出現在最低輸入電壓、最大輸出功率的狀態，根據在穩態下，變壓器的磁平衡，可以有下式：VinDCMin•DMax=Vf•(1-DMax)

　　設在最大占空比時，當開關管開通時，原邊電流為Ip1，當開關管關斷時，原邊電流上升到Ip2。若Ip1為0，則說明變換器工作于斷續模式，否則工作于連續模式。由能量守恒，我們有下式：

　　1/2•(Ip1+Ip2)•DMax•VinDCMin=Pout/η

　　一般連續模式設計，我們令Ip2=3Ip1

　　這樣就可以求出變換器的原邊電流，由此可以得到原邊電感量：

　　Lp= DMax•VinDCMin/fs•ΔIp

　　對于連續模式，ΔIp=Ip2-Ip1=2Ip1;對于斷續模式，ΔIp=Ip2 。

　　可由AwAe法求出所要鐵芯：

　　AwAe=(Lp•Ip22•104/Bw•K0•Kj)1.14

　　在上式中

　　Aw為磁芯窗口面積，單位為cm2

　　Ae為磁芯截面積，單位為cm2

　　Lp為原邊電感量，單位為H

　　Ip2為原邊峰值電流，單位為A

　　Bw為磁芯工作磁感應強度，單位為T

　　K0為窗口有效使用系數，根據安規的要求和輸出路數決定，一般為0.2~0.4

　　Kj為電流密度系數，一般取395A/cm2

　　根據求得的AwAe值選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長寬之比比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數較高，同時可以減小漏感。有了磁芯就可以求出原邊的匝數。根據下式：Np=Lp•Ip2•104/Bw•Ae

　　再根據原、副邊的匝比關系可以求出副邊的匝數。有時求的匝數不是整數，這時應該調整某些參數，使原、副邊的匝數合適。為了避免磁芯飽和，我們應該在磁回路中加入一個適當的氣隙，計算如下：

　　lg=0.4π•Np2•Ae•10-8/Lp 在上式中， lg為氣隙長度，單位為cm

　　Np為原邊匝數，Ae為磁芯的截面積，單位為cm2

　　Lp為原邊電感量，單位為H

　　至此，單端反激開關電源變壓器的主要參數設計完成。我們應該在設計完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器的損耗和溫升是否可以接受。同時，在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意。