反激式開關(guān)電源變壓器是這么計(jì)算的

反激變換器的重要參數(shù)通常是由反激式變壓器決定的，同時(shí)它也是反激開關(guān)電源的核心部分。設(shè)計(jì)反激式變壓器時(shí)，讓 反激式開關(guān)電源工作在一個(gè)合理的工作點(diǎn)上尤為重要，原因在于，這樣不僅可以讓其發(fā)熱盡量減小，而且對(duì)器件的磨損也會(huì)相應(yīng)減小。也就是說，在芯片和磁芯等同 的情況下，變壓器如果設(shè)計(jì)不合理，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)開關(guān)電源的性能出現(xiàn)大幅度下降，比如如損耗的增加和最大輸出功率的下降，那么，本文就將對(duì)如何計(jì)算出最合理的反激式變壓器其方法進(jìn)行詳解。

計(jì)算變壓器的最初，就要先選定一個(gè)工作點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)也就是最低的交流輸入電壓，對(duì)應(yīng)于最大的輸出功率。

輸入85V到265V、輸出5V、2A 的電源、開關(guān)頻率是100KHZ：

第一步，選定原邊感應(yīng)電壓VOR，這個(gè)值是由自己來設(shè)定的，這個(gè)值就決定了電源的占空比?？赡芘笥褌儾焕?解什么是原邊感應(yīng)電壓，原邊感應(yīng)電壓其實(shí)是一個(gè)典型的單端反激式開關(guān)電源，其工作周期可以理解為，當(dāng)開關(guān)管開通的時(shí)候，原邊相當(dāng)于一個(gè)電感，電感兩端加上 電壓，其電流值不會(huì)突變，而線性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L，這三項(xiàng)分別是原邊輸入電壓、開關(guān)開通時(shí)間和原邊電感量。在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí) 候，原邊電感放電，電感電流又會(huì)下降，同樣要尊守上面的公式定律，此時(shí)有下降了的I=VOR*toff/L，這三項(xiàng)分別是原邊感應(yīng)電壓（放電電壓）、開關(guān) 管關(guān)斷時(shí)間和電感量。在經(jīng)過一個(gè)周期后，原邊電感電流的值會(huì)回到原來，不可能會(huì)變，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的等于下降 了的，上式中可以用D來代替TON，用1-D來代替TOOF，移項(xiàng)可得，D=VOR/(VOR+VS)。此即是最大占空比了。本文選定感應(yīng)電壓為80V、 VS為90V ，則D=80/(*80+90)=0.47

第二步，確定原邊電流波形的參數(shù)

原 邊電流波形有三個(gè)參數(shù)：平均電流、有效值電流、峰值電流。首先要知道原邊電流的波形，原邊電流的波形如下圖所示，這是一個(gè)梯形波橫向表示時(shí)間，縱向表示電 流大小，這個(gè)波形有三個(gè)值：一是平均值；二是有效值；三是其峰值，平均值就是把這個(gè)波形的面積再除以其時(shí)間，如下面那一條橫線所示。首先要確定這個(gè)值，這 個(gè)值是這樣算的，電流平均值=輸出功率/效率*VS，因?yàn)檩敵龉β食艘孕示褪禽斎牍β?，然后輸入功率再除以輸入電壓就是輸入電流，這個(gè)就是平均值電流。 現(xiàn)在下一步就是求那個(gè)電流峰值，尖峰值是多少呢，這個(gè)我們自己還要設(shè)定一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是KRP，所謂KRP，就是指最大脈動(dòng)電流和峰值電流的比值這 個(gè)比值下圖分別是最大脈動(dòng)電流和峰值電流。是在0和1之間的。這個(gè)值很重要。已知了KRP，現(xiàn)在要解方程了，已知這個(gè)波形一個(gè)周期的面積等于電流平均 值*1，這個(gè)波形的面積等于，峰值電流*KRP*D+峰值電流*(1- KRP)*D，所以有電流平均值等于上式，解出來峰值電流=電流平均值/(1-0.5KRP)*D。比如說我這個(gè)輸出是10W，設(shè)定效率是0.8.則輸入 的平均電流就是10/0.8*90=0.138A，我設(shè)定KRP的值是0.6而最大值=0.138/(1-0.5KRP).D=0.138 /(1-0.5*0.6)*0.47=0.419A。

三 個(gè)電流參數(shù)，就是這個(gè)電流的有效值，電流有效值和平均值是不一樣的，有效值的定義就是把這個(gè)電流加在一個(gè)電阻上，若是其發(fā)熱和另處一個(gè)直流電流加在這個(gè)電 阻上發(fā)熱效果一樣，那么這個(gè)電流的有效值就等于這個(gè)直流的電流值，所以這個(gè)電流的有效值不等于其平均值，一般比其平均值要大，而且同樣的平均值，可以對(duì)應(yīng) 很多個(gè)有效值；若是把KRP的值選得越大，有效值就會(huì)越大，有效值還和占空比D也有關(guān)系，總之，它這個(gè)電流波形的形狀是息息相關(guān)的。

電流有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*(KRP的平方/3-KRP+1)，比如電流有效值=0.419*根號(hào)下0.47*(0.36 /3-0.6+1)=0.20A.所以對(duì)應(yīng)于相同的功率，也就是有相同的輸入電流時(shí)，其有效值和這些參數(shù)是有關(guān)的，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù)，使有效值最小、發(fā)熱也就最小、損耗小，這便優(yōu)化了設(shè)計(jì)。第三步，開始設(shè)計(jì)變壓器準(zhǔn)備工作，已知開關(guān)頻率是100KHZ，則開關(guān)周期就是10微秒，占空比是0.47，那么TON就是4.7微秒。

第四步，選定變壓器磁芯，這個(gè)就是憑經(jīng)驗(yàn)了，如果不會(huì)選計(jì)算就行了，

第五步，計(jì)算變壓器的原邊匝數(shù),原邊使用的經(jīng)徑。

計(jì) 算原邊匝數(shù)的時(shí)候，要選定一個(gè)磁芯的振幅B，即這個(gè)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化區(qū)間，因?yàn)榧由戏讲妷汉螅@個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是變化的，正是因?yàn)樽兓?，所以才有?變壓的作用，NP=VS*TON/SJ*B，這幾個(gè)參數(shù)分別是原邊匝數(shù)、最小輸入電壓、導(dǎo)通時(shí)間、磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅，一般取B的值是0.1到 0.2之間，取得越小，變壓器的鐵損就越小，但相應(yīng)變壓器的體積會(huì)大些。這個(gè)公式來源于法拉弟電磁感應(yīng)定律,這個(gè)定律是在一個(gè)鐵心中，當(dāng)磁通變化的時(shí)候， 其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，這個(gè)感應(yīng)電壓=磁通的變化量/時(shí)間T再乘以匝數(shù)比,把磁通變化量換成磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量乘以其面積就可以推出上式 來，NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15,得到88匝0.15是選取的值，算了匝數(shù)，再確定線徑，一般來說電流越大線越熱，所以需要的導(dǎo)線就 越粗，需要的線徑由有效值來確定，而不是平均值。上面已經(jīng)算得了有效值，所以就來選線，用0.25的線就可以，用0.25的線，其面積是0.049平方毫 米，電流是0.2安，所以其電流密度是4.08，一般選定電流密度是4到10安第平方毫米。若是電流很大，最好采用兩股或是兩股以上的線并繞，因?yàn)楦哳l電 流有趨效應(yīng)，這樣可以比較好。

第六步，確定次級(jí)繞組的參數(shù)、圈數(shù)和線徑。

原邊感應(yīng)電壓，就是一個(gè)放電電壓，原邊就是以這個(gè)電 壓放電給副邊的，看上邊的圖，因?yàn)楦边呡敵鲭娞珵?V，加上肖特基管的壓降，就有5.6V，原邊以80V的電壓放電，副邊以5.6V的電壓放電，那么匝數(shù) 是多少呢？當(dāng)然其遵守變壓器那個(gè)匝數(shù)和電壓成正比的規(guī)律，所以副邊電壓=NS*(UO+UF)/VOR，其中UF為肖特基管壓降，這個(gè)副邊匝數(shù)等于 88*5.6/80，得6.16,整取6匝，再算副邊的線徑，當(dāng)然也就要算出副邊的有效值電流，下圖是副邊電流的波形，有突起的時(shí)間是1-D，沒有突起的 是D，剛好和原邊相反，但其KRP的值和原邊相同，這個(gè)峰值電流就是原邊峰值電流乘以其匝數(shù)比，要比原邊峰值電流大數(shù)倍。

第七步，確定反饋繞組的參數(shù)。

反饋是反激的電壓，其電壓是取自輸出級(jí)的，所以反饋電壓是穩(wěn)定的，TOP 的電源電壓是5.7到9V，繞上7匝，那么其電壓大概是6V多，反饋電壓是反激的，其匝數(shù)比要和幅邊對(duì)應(yīng)，至于線，因?yàn)榱鬟^其的電流很小，所以就用繞原邊的線繞就可以了，無嚴(yán)格要求。第八步，確定電感量。

原邊的電流上升公式I=VS*TON/L.因?yàn)橐呀?jīng)從上面畫出了原邊電流的波形,這個(gè)I就是:峰值電流*KRP，所以L=VS.TON/峰值電流*KRP，這就確定了原邊電感的值。

第 九步，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，即驗(yàn)證一下最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是不是超過了磁芯的允許值，有BMAX=L*IP/SJ*NP，這五個(gè)參數(shù)分別表示：磁通最大值、原邊電感量、 峰值電流、原邊匝數(shù)，這個(gè)公式是從電感量L的概念公式推過來的，因?yàn)長=磁鏈/流過電感線圈的電流，磁鏈等于磁通乘以其匝數(shù)，而磁通就是磁感應(yīng)強(qiáng)度乘以其 截面積，分別代入到上面，即當(dāng)原邊線圈流過峰值電流時(shí)，此時(shí)磁芯達(dá)到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度就用以上公式計(jì)算.BMAX的值一般一要超過0.3T ,若是好的磁芯可以大一些；若是超過了這個(gè)值，就可以增加原邊匝數(shù)或是換大的磁芯來調(diào)。

小結(jié)：

設(shè)計(jì)高頻變壓器，有幾個(gè)參數(shù)要 自己設(shè)定，這幾個(gè)參數(shù)就決定了開關(guān)電源的工作方式，第一是要設(shè)定最大占空比D，這個(gè)占空比是由你自己設(shè)定的感應(yīng)電壓VOR來確定；再就是設(shè)定原邊電流的波 形，確定KRP的值，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，還要設(shè)定其磁芯振幅B，這又是一個(gè)設(shè)定，所有這些的設(shè)定，就讓這個(gè)開關(guān)電源工作在你設(shè)定的方式下了，最后還要不斷的調(diào) 整，工作在一個(gè)對(duì)你來說最好的狀態(tài)下，這就是高頻變壓器的設(shè)計(jì)任務(wù)。

公式D=VOR/(VOR+VS ) (1)

IAVE=P/效率*VS (2)

IP=IAVE/(1-0.5KRP)*D (3)

I有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*(KRP的平方/3-KRP+1) (4)

NP=VS*TON/SJ*B (5)

NS=NP*(VO+VF)/VOR (6)

L=VS.TON/IP.KRP (7)

BMAX=L*IP/SJ.NP (8)

不過總的來說，高頻變壓器是一個(gè)比較復(fù)雜的東西，本文短短的篇幅在此不足以說明，在計(jì)算時(shí)務(wù)必要注意各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系，因?yàn)槭且粋€(gè)整體，多分析、多思考，想必大家就會(huì)精通。