反激变压器的设计

基本步骤：

1、 确定Dmax和Vor。
2、 求匝比n。
3、 求初级电感量Lp。
4、 选择磁芯。
5、 求最小初级匝数。
6、 初级、次级和反馈绕组匝数关系。
7、 选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。
8、 做样品、调整参数。

9、 参考例子。

 

一、 确定Dmax和Vor     
        当开关管Q闭合时，初级线圈电压为：Vin（当输入为265V时，达到375V），如果变
压器初级线圈为：Np；次级线圈为：Ns。匝比：
n=Np/Ns。

则：次级线圈的电压为：Vin/n。由于次级二极管D3反向，没有形成回路，所以线圈没有
电流流经负载。而二极管的反向耐压：
VDf=Vin/n+Vo，
Vo为输出电压。
          当开关管Q关断时，变压器中储存的能量向负载释放。次级线圈的电压
VS=Vo+Vd，
Vd为整流二极管D3正向压降。
初级线圈的电压为：
VP=n*VS+Vleg。
Vleg为变压器漏感产生的尖锋电压；与输入电压反向。
设定Vor=n*VS，为反射电压。则开关管承受的电压
Vds=Vinmax+Vor+Vleg。
实际选择开关管是必须留20~50V的余量。
所以：
Vor=VDS-（Vinmax+Vleg+余量）=600-（375+120+20~50）=55~85V
VDS：开关管的额定耐压，600V
Vin：在265V输入时，375V
Vleg:一般在120V
余量：20V~50V
根据伏秒法则：Vin*Ton=Vor*Toff                                         
Ton：为开关管闭合时间。
Toff：为开关管关断时间。
占空比：D=Ton/（Ton+Toff），Ton+Toff为周期T。
Ton=T*D
Toff=T*（1-D）

所以： Vin*D=Vor*（1-D）
D=Vor/（Vin+Vor）
Dmax=Vor/（Vinmin+Vor）建议设置在0.3~0.5              当输入电压最小时取得最大占空比。

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二、求匝比n
               n =Vor/（Vo+Vd）

三、求初级电感量Lp。

计算电感量：BCM时，
有电感、电压、电流和时间的关系：
L=V*t/Ipp       t：为时间。Ipp：电流的变化量。
初级电感量：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp
BCM时，Ipp=2*Pin/ （Vinmin* Dmax）
Tonmax=T*Dmax=Dmax/fs              fs：为工作频率。
所以：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs）
对于CCM模式：由于电流并没有下降到0，所以Ippccm=K*IppBCM，K小于1。
所以：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs*K）
当输入为窄电压时：K取0.6~0.8
当输入为宽电压时：K取0.4~0.6
实际应用时，取值在以上的基础上乘以1.1倍，再以10%的误差制作。

四、选择磁芯

 Ap = AwAe = (Pt*10000) / 2ΔB*f *J*Ku
式中  Pt = Po /η +Po  传输功率
J :    电流密度 A / cm2 (300~500)
 Ku:  绕組系数 0.2 ~ 0.5 .  

五、求最小初级匝数。
Np=Lp*Ipp/（Bm*Ae）= Vinmin*Tonmax/（Bm*Ae）= Vinmin* Dmax/（fs*Bm*Ae）

此处求得的是最小匝数。

六、初级、次级和反馈绕组匝数关系
有n=Np/Ns，可以得到：
Ns=Np/n
令反馈绕组为Na，电压为Va由于反馈绕组与次级绕组同名端同向，所以，反馈绕组电压与次级绕组电压成比例，即：
Ns/Na=（Vo+Vd）/（Va+Vd1）=na
Vd：次级整流二极管正向压降
Vd1：反馈绕组整流二极管D2正向压降
na：匝比
Na= Np/(n* na)

七、选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。
         线经的选择按每平方mm传递4~6A平均电流来计算。根据铜窗折中选择线经和匝数。尽量使Np、Ns和Na的取值接近整数。
八、做样品、调整参数。
        按照相关的法律法规来制作样品，必须满足产品市场的法律法规。包括温升、绝缘等
级、安规、EMI、EMC等。
        电磁屏蔽（法拉利屏蔽），绕组之间的屏蔽不能形成回路，一端悬空，一端连接初级
或次级的冷地（没有电压突变的点）。最外层的（磁芯外屏蔽）屏蔽必须形成回路，并将
节点连接到初级或次级的冷地。绕制变压器时做到：热节点（指电压或电流突变的节点）
放置在底层。

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九、参考例子：
    用FSEZ1317设计一款宽电压（85~265Vac）输入，输出DC16.5V-0.35A，效率为：0.76。
查看FSEZ1317的DATESHEET，可知：其工作与DCM，在这里K值取1.5，工作频率为：50kHz.内置1A/650V MOS管，VCC电压：16.5V。

1、 确定Dmax和Vor。

假设次级二极管正向压降Vd=0.7V，则：

VS=Vo+Vd=16.5+0.7=17.2V
Vor取80V，Vinmin=（1-a）*85*1.414   a：为线电压整流后的纹波因子，与所用的
滤波电容的大小直接相关，电容量越大，a越小。一般电容量按每瓦2~3uF，来选
择。假设a=0.3，则：
Vinmin=85*1.414*0.7=84V
在这里a的选择必须注意了，如果选择比实际的小了，那么实际的将大于设计的占
空比，若IC 有限制的话，将导致工作异常。
Dmax= Vor/（Vin+Vor）=80/（80+84）=0.488
IC 内部设计的最大占空比为0.6，所以仅从占空比的角度来看是满足要求了。
验证Vor的合理性。已知MOS的VDS=650V，最大直流电压
Vinmax=265*1.414=375，假设Vleg=120V，则
余量Vy=650-375-80-120=75V
余量一般有30V就可以了，因此在设计RCD吸收电路时，可以将Vleg的电压设置
在155V，这样可以减少RCD吸收回路的功耗，从而提升效率。

2、 求匝比n。
n =Vor/(Vo+Vd)=80/17.2=4.65

3、 求初级电感量Lp。
Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs*K）
=84*84*0.488*0.488/（50*1.5*2*17.2*0.35/0.76）
=1.414mH
所以Lp=1.414*1.1=1.55mH。

4、 选择磁芯。
 Ap = AwAe = (Pt*10000) / 2ΔB*f
*J*Ku=[(17.2*0.35/0.76+17.2*0.35)*10000]/(2*0.25*50000*400*0.2 )=0.0768平方厘
米
式中  Pt = Po /η +Po  传输功率
J :    电流密度 A / cm2 (300~500)
 Ku:  绕組系数 0.2 ~ 0.5 .  
查磁芯手册可知，EE16  AP=0.0765   比较接近。故选择EE16.

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5、 求最小初级匝数。
EE16的Ae=19.2平方毫米
Ippmax=2*17.2*0.35/(0.76*84*0.488)=0.38647A
   Np=Lp*Ipp/（Bm*Ae）=1550*0.38647/(0.25*19.2)=125T  
  注意了：Lp的单位是：uH, Ipp的单位是：安培    Ae的单位是：平方毫米。
   Bm的取值一般：0.2~0.3，单位：特斯拉。

6、 初级、次级和反馈绕组匝数关系。
n=4.65       NS=125/4.65=26.88,在这里不能为小数，取29圈。

na=VS/VA=17.2/(16.5+0.7)=1 
NA=NS=29圈
NP=4.65*29=134.85     取135圈.

7、 选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。
初级次级平均电流最大值0.0943A,若按6A/mmmm,则Ds=0.1415mm   取0.15mm-
2UEW铜线。
反馈绕组，由于电流较小，考虑到容易绕线，取0.13mm-2UEW铜线。
次级平均电流0.35A,若按6A/mmmm,则Ds=0.2726mm,次级铜线如果用的是2UEW
线的话，电流密度取：4~6A/mmmm；若用的是TEX(三层绝缘线)线的话电流密度
最大可取到10A/mmmm.

8、 做样品、调整参数。
根据第7步计算的方法来调整线经，使其可方便制样。绕法略……。