Flyback开关电源变压器设计方法

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1、Flyback开关电源变压器设计方法一.概述：反激式开关电源因其结构简单，容易形成多路输出，转换效率高，输入电压范围广，变压器匝数比小等特点，深受电源开发工程师的喜爱。但其缺点也很明显：变压器中含直流成分，磁芯需开气隙，否则易饱和；输出电压纹波较大，负载调整率不高，输出功率受限，多用于150W下的小功率电源和适配器；变压器通常工作在DCM和CCM两个模式下，电源设计的难点和重点都在变压器设计。下面本人根据自己的实验心得，讲述一下反激式电源变压器的设计方法。二.设计过程：2)确定最小输入电压Vinmin和最大输入电压Vinmax1.设计步骤：根据1W~2uF的关系选择输入

2、滤波电容Cin，则1)系统参数的设定：12*Pin(t)C输入电压：Vacmin～Vacmax。22*finVin(2Vacmin)，输入频率fin。Cin输出电压Vo。其中tC3ms.................................(1)输出电流Io。（图2）系统工作频率fs。Vinmax2*Vacmax...........(2)输出功率Po。预估效率η。输入功率Pin=Po/η。输入滤波电容：Cin，该容值决定了变压器工作的最低电压。MOS管最高耐压：Vmos。整流二极管导通电压和最高耐压：Vf和Vd。K值：系统在

3、最低输入电压Vinmin及最大负载条件下（即低压满载），初级线圈电流交流分量峰值ΔIp与电流峰值Ipp的比值（图1）：图23)选取MOS管和输出二极管，确定初次级匝数比N和最大占空比Dmax选择最高耐压Vmos的MOS管，最高反向耐压Vd和导通压降Vf的二极管。低电压输入时，从轻载到重载，变压器经历DCM—BCM—CCM的模式切换；高电压输入时，从轻载到重载，变压器一直工作在DCM模式。输出功率较小时，系统始终工作在DCM模式。通常，Po<10W，取K=1；10W30W，取K=0.4~0

4、.6K值的选取越大，电流上升的速率Kimos就越快，一般要求该值不大于MOS管上升速率或下降速率的1%（如4N60，上升时间和下降时间最大为100ns，则其最小速率为40A/us，Kimos不应超过0.4A/us）。选取K值后，低压满载时初级线圈中ΔIp，Ipp和平均电流Ipa有如下关系，如图4：IKI*...............................(7)pppIpI(1K)*I................(8)图3papp2如图3，反激式电源在MOS管导通时刻，初级绕组蓄能，PO其中，I................(9)pa次级绕

5、组不导通，次级二极管承受反向压降，要求（取15%*Vinmin的余量）：VinmaxVo0.85*Vd...................(3)NMOS管截止时刻，次级绕组导通，同时次级电压耦合给初级，MOS管承受高压，要求（取15%的余量）：VinmaxN*(VoVf)0.85*Vmos..............(4)由(3)和(4)，得到NminNNmax..................(5)选取N值。图4最大占空比Dmax出现在最低电压输入Vinmin，最大输出由公式计算初级绕组电感量Lp,负载时：Vinmin*TonmaxVinmin*D

6、maxL.....(10)pN*(VoVf)IpfS*IpDmax...............(6)N*(VoVf)Vinmin因磁芯的初始导磁率不尽相同，为保证变压器具有足够气可以看出，N越小，Dmax越小。隙，应调整K值和N值，尽量使Lp小于2mH。4)选取K值，计算变压器初级电感量Lp5)变压器的选择K值的选择，决定了系统工作的模式。一般来说，输出功变压器的设计有两个重要目标：温升和成本。率较大时，变压器的工作过程：若在乎散热问题，可选择磁芯损耗（Coreloss）较小体积较大的磁芯（如MPP磁芯）；若对成本和体积较敏感，在低压满载情况下，初级绕

7、组线圈中电流包含直流分量和PC30，PC40，EE/EI等磁芯是不错的选择。交流分量，分别形成直流磁通密度Bdc和交流磁通Bac，如图5。变压器磁芯的选择可通过面积乘积方法来进行。磁芯选择后，其磁芯有效横截面积Ae和磁芯窗口面积Aw是确定的。基于系统参数计算的面积乘积公式：6Po*10AP.......(11)p2**K*K*f*B*j0CSm若APA*A，说明磁芯可以使用。pew（11）式中，K0为窗口铜填充系数，一般取0.4；Kc为磁芯填充系数，对铁氧体磁芯一般取1；Bm为变压器的工作磁芯密度，查找磁芯参数表，一般取100℃下的