单端反激开关电源的变压器设计

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

　　K0为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2~0.4

　　Kj为电流密度系数，一般取395A/cm2

　　根据求得的AwAe值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感。

　　有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式：

　　Np=Lp?Ip2?104/Bw?Ae

　　再根据原、副边的匝比关系可以求出副边的匝数。有时求的匝数不是整数，这时应该调整某些参数，使原、副边的匝数合适。

　　为了避免磁芯饱和，我们应该在磁回路中加入一个适当的气隙，计算如下：

　　lg=0.4π?Np2?Ae?10-8/Lp

　　在上式中，lg为气隙长度，单位为cm

Np为原边匝数，

Ae为磁芯的截面积，单位为cm2

Lp为原边电感量，单位为H

　　至此，单端反激开关电源变压器的主要参数设计完成。我们应该在设计完成后核算窗口面积是否够大、变压器的损耗和温升是否可以接受。同时，在变压器的制作中还有一些工艺问题需要注意。