单端正激双管式开关电源设计之变压器设计

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1、【我是工程师】单端正激双管式开关电源设计之变压器设计（cjhk完成于江苏泰州）最近电源网举行我是工程师这个活动，看到礼品这么丰富，我也忍不住想凑个热闹，准备把以前自己动手设计的一款电源贴出来和大家共享，其中借鉴了一些资料，难免会有一些差错，希望大家能及时指证。因为有两个月左右的时间，所以我自己的规划是：首先分析单端正激式变换器拓扑结构，接着根据我自己的项目分析单端正激式电路的高频变压器设计方法，再其次是分析使用到的电源管理芯片的特性及功能，同时分析功率MOS的选择与计算功率损耗，最后是各功能电路的分析并贴出原理图。整个项目大概的时长差不多1个半月。主要是工作比较忙，只能抽晚上的

2、时间来和大家分享，很多地方分析的会不到位，计算的公式以及原理什么的都只是自己的理解，会有错误，望大家及时指正。单端正激式开关电源，一般适用与200W以下的开关电源（至于为什么是200W，我没有真正去验证过，找了好些资料，都是这么说的，希望有高手能解释一下为什么不能超过200W）。我以前见过1200W的单端正激式开关电源，功率模块用的是IGBT，不过效率不高。常见的单端拓扑结构，通常都是带有去磁绕组。去磁绕组的圈数和初级绕组的圈数相同，主要目的是为了防止变压器磁饱和。理想的正激拓扑结构的高频变压器磁芯是不需要有去磁绕组的，因为初级获得的能量都会完全传递到次级。但是实际的情况是因为

3、磁芯工作的区间的第一象限，每次初级获得能量在传递到次级时，磁芯都会有一些能量的残留，当残留的能量不断累加到达磁芯饱和的阙值点时，变压器发生磁饱和（磁通量为零，电流无穷大，至此变压器就会烧毁）。为了防止变压器磁饱和，需要加入去磁绕组（也称复位绕组）。去磁绕组的方向和初级绕组的方向正好相反，每次初级将能量传递到次级时，残余的能量和去磁绕组中的能量方向相反，正好抵消。至于去磁绕组和初级绕组是如何绕制的，查了几本书，都说是紧密绕制。在《变压器与电感器设计》（龚绍文翻译）这本书中写道是双线并绕，我想了很长时间没有搞懂。虽然我变压器也绕制了很多，但是双线并绕一般都是同向的，主要是为了降低趋

4、肤效应，不知道书上的意思作何解释。该图片是常见的单端正激式拓扑结构：开关电源的书籍我买了很多本，有王志强翻译的《精通开关电源设计》，国外大牛写的《开关电源手册》，沙占友写的单片开关电源设计》，张兴柱写的《开关电源功率变换器拓扑与设计》，陶显芳写的《开关电源设计技巧》等等。翻开这些书籍，滔滔不绝的都是公式，这些人，我相信他们都是大神级别的，通过公式的罗列，基本就能真正理解开关电源各种拓扑结构的知识，但是这种方法对于我不合适，我相信公式，但我更相信实证，只有把某一种拓扑结构的电源做出来，通过示波器万用表测试关键节点的参数，并和公式对照，我才能说服自己某个公式是正确的。不知道群里的大

5、神们，你们学习电源的制作是采用的什么方法，希望大家能讲讲自己学习电源的方法。话说我最喜欢的还是刘胜利写的书籍，虽然重复性很多，但是确实是作者实战结合理论的成果。单管正激式拓扑结构有两个缺陷，第一是功率管截止期间承受的电压应力是两倍的Vin。第二个问题就是昨天我帖子里说到的，因为高频变压器工作与第一象限，磁能会在磁芯中积累导致磁芯饱和，磁通量为零，电流无穷大，需要加去磁绕组。而去磁绕组需要和初级线圈紧密绕制，这个工艺比较繁琐，这是我对单管正激式拓扑结构的理解。为了降低功率管的电压应力同时省略去磁绕组，我们引入另一个单端正激式拓扑结构，它是单端双管正激式拓扑结构。听这个名字，就知道

6、它是单端单管正激式拓扑结构的孪生兄弟。他的近照：大家仔细看会发现，双管式和单管式有两个不同。第一当然是功率管变成了两个，另一个不同点就是去磁绕组没了，变成了两个续流二极管。第一个的改变使功率管在截止期间每个管子承受的电压应力变成了Vin。这个变化对于选择功率管提供了很大的便利。另一个变化就是去磁绕组变成了续流二极管，这样做变压器的工艺立马就省了很多。功率管耐压问题以及高频变压器的工艺问题虽然解决了，但是后面又来了一个问题，这个问题要解释清楚需要引入上述两种拓扑结构的父辈，它的名字叫做BUCK拓扑结构，上近照：在buck拓扑结构中，二极管D的作用是续流，电感的作用是储能。当功率管

7、导通期间，二极管截止，电感储能，负载功率由输入电源供电。当功率管截止，此时负载的供电由电感提供，同时二极管正向导通，为负载电流提供回路。根据二极管PN结的物理特性，当输出功率越大，续流二极管的反向截止时间越长，同时因为电感承担着为负载供电的作用。有了上面的概念，现在我们转回话题，再谈单端双管正激式拓扑结构。在该拓扑结构中，变压器的作用是能量的传递和反激式拓扑结构不同。他没有能量储存的作用，能量的储存由后端的输出滤波电感来承担。此时滤波电感的体积变需要加大以便能容纳足够多的能量，为后端的负载供