单端反激开关电源中功率变压器的主要设计参数

单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。

①传输功率：将一个电源的能量瞬时地传输到负载。

②电压变换：通过改变初级与次级匝比，获得所需要的输出电压;可获得不同的多路输出电压;

③绝缘隔离：为了安全，要求离线供电或高压和低压不能共地，变压器方便地提供安全隔离。

CCM模式：(连续模式)在连续模式下，初级开关电流是从一定幅度开始的，然后上升到峰值，再迅速回零;在连续模式下储存高频变压器的能量在每一个开关周期内并未全部释放掉，所以下一个开关周期具有一定的能量。在采用连续模式可减少初级峰值电流IP和有效值电流IRMS，从而降低MOS的功耗;但连续模式要求增大初级电感受量LP，导致高频变压器的体积增大。MOS管的峰值电流相对较小，但存在副边二极管的反向恢复问题，需要给二极管加吸收电路。

DCM模式：(不连续模式)在不连续模式下，初级开关电流是零开始上升到峰值，再回零。在不连续模式下储存高频变压器的能量在每一个开关周期内全部释放掉，在不连续模式下的IP和IRMS值较大，但所需要的LP较小，高频变压器的体积可以相应减小。适用于较小功率，副边二极管没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较大;

连续模式和不连续模式的设定

设在最大占空比时：初级电流Ip1

初级峰值电流Ip2

初级脉动电流ΔIp

初级峰值电流与初级脉动电流的比例系数： KRP=ΔIp /Ip2(KRP的取值范围0---1.0)

当 KRP=1.0 即ΔIp =Ip2时 工作在不连续模式

当 0

对于100V/115V交流电源, KRP=0.4—1.0为宜;对于宽范围输入或者230V固定输入的交流电源, KRP=0.6—1.0较为合适.

1、 已知的参数

设计变压器时，应当预先知道电路拓扑、工作频率、输入和输出电压、输出功率或输出电流以及环境条件。同时还应当知道所设计的变压器允许多大损耗。总是以满足最坏情况设计变压器，保证设计的变压器在规定的任何情况下都能满意工作。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。反激电压由下式确定：

Vf=VMos-VinDCMax-V (此处假设为150V)

交流输入电压u(V) umin(V) umax(V) Cin(V) VinDCmin(V)

固定输入:100/115 85 132 (2-3)*Po ≥90

通用输入:85--265 85 265 (2-3)*Po ≥90

固定输入:230±35 195 265 Po ≥240

 先根据选用的MOS耐压来确定Vf的。因为现在很多FLYBACK电源的MOS的耐压值基本确定，所以我觉得依据Vmos来确定Vf是比较合适的。150V的安全裕量是我假设的，实际设计时，可以作修改，不必照搬);

TOP系列产品Vf取值：固定输入100/115V时取60V;通用输入85—264V时取135;固定输入230±35V时取135V。

3、 匝比确定

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)

4、 确定原边电流为Ip1

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

效率η的取值：在低压输出时，如Vo=5V或3.3V，可取75%;高压输出时，Vo≥12V,可取85%;中等电压输出时,5V

5、求原边电感量

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;

Lp= Dmax*VinDCMin/fs* KRP*Ip2

对于断续模式，ΔIp=Ip2 。

Lp= Dmax*VinDCMin/fs*Ip2

6、确定磁芯

可由AwAe法求出所要磁芯：

AwAe=(Lp*Ip2^2*10^4/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。

7、确定原边匝数

有了磁芯就可以求出原边的匝数。根据下式：

Np=Lp*Ip2*10^4/Bw*Ae

8、确定副边匝数

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。

9、计算气隙

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

10、确定次级参数ISP、IS、DSM、DSm

① 次级峰值电流ISP(A)

ISP=IP2×(NP/NS)

②次级有效值电流ISRMS(A)

③次级导线最小直径(裸线)DSM (mm)

J取值：4—8，建议取决 4-6为佳(主要)。

原边绕组线径计算方法同次级。

确定初级波形的参数

① 输入电流的平均值IAVG

② 初级峰值电流IP2

③ 初级脉动电流ΔIp

④ 初级有效值电流IRMS

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