【 DigiKey DIY原创大赛】基于反激式开关电源的手机充电器设计（三）高频变压器设计和绕制篇

第一步，设定初始系统参数

输入电压：Vin=220V，整流后的直流电压Vdc=Vin*√2=311V

输出电压：Vout=12V，输出电流：Iout=1A

输出功率：Po=Vout*Iout=10W，效率：η=85%

开关频率根据芯片手册选择，这里的振荡器频率就是我们芯片的工作频率，所以选择典型值：Fsw=65KHz

第二步，计算匝比

我先预设反射电压：Vor=140V，所以得到匝比：n=Vor/Vout=11.667

不知道你心里有没有跟我一样，感觉我取值非常随意，但是这也是我最近发现设计反激式开关电源最头疼的事情，这个我也问过同事，开始设计都是摸着石头过河，不可能得到一个最优解，只要我们选取的参数在合理范围内，电路能够正常工作，那么这个参数就是最合理的，我的想法先照着这个模式搞定一个变压器设计和绕制，后期进行迭代优化。

第三步，计算初级感量，这一步也是蛮重要的，后续绕制的变压器的感量要参考这个来。

先求出最大占空比：Dmax=Vor/(Vdc+Vor)=0.31

再计算最大导通时间：Tonmax=Dmax/Fsw=4.774us

计算初级感量Lp的理论值就计算出来了，大约在2.689mH

第四步，可以计算出初次级电流，这个主要是影响我们线圈匝数和线径如何选择。

初级峰值电流计算

初级有效值电流计算

次级峰值电流计算

次级有效值电流计算

第五步，确定变压器的磁芯，这步是确定变压器的磁芯和骨架，方便我们进行变压器的绕制，也是给变压器厂商的主要参数部分。

通常情况下，确定磁芯有两种办法，一种是根据输出功率选择，另一种是根据AP法选型。

这里我这个功率比较小，所以直接选择的EE16。

本想着自己也是第一次做高频变压器，借着实验室有这个设备自己绕制一下，但是后来发现绕制的时候实验室没有EE16的磁芯和骨架，于是在同事的建议下选择了PQ2720 PC94材质的，所以查看磁芯规格表可以知道PQ2720基本参数。

但是我查了一下磁芯规格表，发现并没有PQ2720这个参数，只有PQ2620，但是同事告诉我说这个可能跟变压器厂商自己定义的型号有关，评论区有没有懂的，可以留言一下~

暂且按照同事给的参数表取值，磁芯截面积Ae=112mm^2，取最大磁通密度Bmax=0.28T

第六步，计算初次级线圈匝数，，这一步主要是计算变压器绕制需要多少圈，越来越接近绕制了，有点激动！😜

计算初级线圈匝数

所以初级线圈可以选择48圈。

计算次级线圈匝数

所以次级线圈可以选择4圈。

辅助绕组电压是VCC供电电压，这里查看规格书是16V状态下测试电气参数的，为了方便计算匝数，选择Vaux=15V

辅助绕组匝数

所以选择辅助绕组匝数Naux=5。

第七步，确定变压器的线径，完成这步就可以进行变压器的绕制了。

预设电流密度

计算初级的线径

可以采用1根0.2mm的线

考虑到趋肤效应和实验室没有那么粗的线，所以采用4根0.4mm的铜丝

由于之前做的是5V2A，也是因为输出电流太大，计算下来线径太粗了，需要0.5mm的线，至少需要5根，考虑到变压器绕制绕不下，所以后来更改为12V1A。

接下来就是高频变压器的绕制部分了，这一步主要是变压器的绕制工艺部分。

第一步，准备工作

首先准备好绕制的圈数和线径，像下面这张表一样，把信息汇总好。

变压器的绕制通常采用三明治绕法，即为原边线圈-副边线圈-辅助绕组-原边线圈，这种模式进行绕制的好处就是可以增加初次级耦合的面积，减小漏感。

关于这个三明治绕法，我参考了一下电源网的一位大佬的文章，写的非常好，点赞😀，感觉电源网真的很不错，为很多创作者提供平台，让他们可以在这里创作，我们才能读到课本里学不到的知识点。

大家感兴趣直接在电源网主页搜索：不讲计算，聊聊高频变压器的工程经验-电源网

然后准备好两个磁芯和一个骨架，开始绕制。

这个磁芯写错了，应该是ED2027，Ae是正确的，手动纠正一下哈哈😂

期待大佬最后测试结果

现在遇到问题了，有空载没有输出哇😂，找俩小时了

我再补充一下，准备工作的细节部分。

1、ED2027的磁芯和骨架，各种铜线，适合的麦拉胶带，镊子，斜口钳，变压器绕线机（计数器记得清零，要不然绕的圈数不准哦），锉刀，白纸，烙铁，LCR表。2、确定好骨架1脚位置；3、插入骨架到变压器绕线机上。

第二步，主要是按照变压器参数需求进行绕制工艺

绕制原边N1

选择0.2mm的线，1股，从3脚进线，顺时针绕制24圈，从2脚出线。

绕制完需要缠绕2层麦拉胶带。

在确定的骨架和线径的情况下，计数器的数字越固定说明手艺越好。

 绕制副边N2

选择0.4mm的线，4股，从7脚进线，顺时针绕制4圈，从6脚出线。

绕制完需要缠绕2层麦拉胶带。

 绕制辅助绕组N3

选择0.2mm的线，1股，从5脚进线，顺时针绕制5圈，从4脚出线。

绕制完需要缠绕2层麦拉胶带。

 绕制原边N4

选择0.2mm的线，1股，从3脚进线，顺时针绕制24圈，从2脚出线。

绕制完需要缠绕2层麦拉胶带。

这样就完成绕制工艺的动作。

第三步，主要是给变压器加锡固定

加锡是为了固定引脚，防止引脚乱飞，造成主绕组和辅助绕组落层，这一步出现还可以加铁氟龙套管，防止主绕组和辅助绕组交叉，变压器就容易烧坏。还有变压器需要加凡立水固定，这个工艺我们也没有，最好少碰这个凡立水，多少有点危害身体哈。但是我们是DIY的话，可以不加套管。

忽略我的小胖手，可以看到我已经对变压器原副边加锡固定。

接下来就是费时间的磨气隙了。

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第四步，主要是磨气隙和测感量。

磨气隙可以减少到我们需要的感量，我这里是2.689mH，多一点没关系的。

这样做的好处有很多，就类似于给变压器开了一个窗口，让它能够顺畅保证的工作。

第一，磨气隙是为了防止铁芯磁饱合，它可以减小磁导率，使线涠特性较少地依赖于磁芯材料的起始磁导率。气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量，这样我们可以从完整两块磁芯就可以减小到我们需要的感量了。

第二，气隙可以增大变压器的储能的能力，就像给屋子扩大了一样，这样就能存储更多的能量，当我们需要用的时候就可以实现更多的能量传递。

更多细节大家可以自行百度，涉及到内容有点深奥，我也会同步学习中。

我主要是用锉刀磨，这样平行着磨很快，就是有点费手😂，下面记得垫一张纸，这样搓下来的磁芯粒有地方放，不会桌面上搞得一团黑，开始要多磨一点，但是磨个几分钟差不多可以两块磁芯放一起测一下初级感量了，看看是否和理论计算的初级感量2.689mH一致。

下图右侧是锉刀。

磨了几分钟记得要看下初级感量，首先拿LCR表夹变压器的初级两端，LCR表选择10K，1.0V，Lp—D，这些模式选择好之后，就可以测试啦。

测试感量大约是2.7mH，这个数据可能还要低一点，因为我们一般见到的高频变压器都是磁芯外面再裹一层绝缘胶带嘛，所以这个感量跟你的胶带绑定的磁芯松紧度有关。

我实际绑定好后，重新测了一下有3mH，不过用3mH也可以的。

再来测一下漏感，

漏感是指变压器绕组之间或绕组和磁芯之间的磁通线没有完全闭合而漏出的磁通量。

漏感危害有很多，它可以降低变压器的效率；增加变压器的温升；影响变压器的稳定性

我们如果测漏感的话，把不用测漏感的引脚用锡丝短起来，按照测感量方式测量即可。

测试出来漏感是15uH，我们可以计算一下漏感比例：15uH/3mH=0.5%，一般漏感比例：<3%-5%,PASS，可能我这次技术稳定发挥，漏感极小哈哈哈😜。

这样测完数据和理论相符合，就可以进行调试啦~

NS2是什么，没太明白

副边的匝数物理描述名称哈。