用于单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计

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1、用于单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计（一）1）反激式变压器设计介绍反激式电源变换器设计的关键因索Z—是变压器的设计。在此我们所说的变压器不是真正意义上的变压器，而更多的是一个能童存储装置。在变压器初级导通期间能暈〃储在磁芯的气隙中，关断期间存储的能量被传送给输出。初次级的电流不是同时流动的。因此它更多的被认为是一个带有次级绕组的电感。反激电路的主要优势是成木，简单和容易得到多路输出。反激式拓扑对于100W以内的系统是实用和廉价的。人于100W的系统山于着重降低装置的电压和电流，其它诸如正激变换器方式就变得更有成效。反激式变压器设计是一个反复的过

2、程，因为与它的变量个数有关，但是它不是很困难，稍有经验就可快速和容易的处理。在变压器设计Z前的車点是定义电源参数，诸如输入电压,输出功率，最小工作频率，最大占空比等。根据这些我们就可以计算出变压器参数，选择合适的磁芯。如果计算参数没有落在设计范围内，重复计算是必要的。利用网站上的EXCEL电子表格可以容易的处理这些步骤。属于TSMPSIC的TR40xx系列最初设计应用于准谐振方式，这意味变压器工作于不连续模式（磁场不连续，当变压器中的能量传递到次边后磁场反冋到零）。在卩RC模式中的变压器通常也工作于不连续状态，若工作于连续状态时工作频率设置的很低（约20

3、KHZ时一般不实川，因为需要较大尺寸的磁芯）。因此本应川手册仅包含不连续设计的实例。2）电源设计所需的标准在开始变压器设计之前，根据电源的规范必须定义一些参数如下：1）最小工作频率-fmin2）预计电源效率85~0.9（高压输出）,0・75~0.85（低压输出）3）最小直流总线电压-VmirT如110V吋最小输入电压85Vac,可有10V抖动）4）最大占空比-Dm（建议最大值为0.5）5）串联谐振电容值-Cres（建议取值范围为100Pri.5nf,见图1）3）变压器设计步骤首先计算总输出功率，它包括所有次级输出功率，辅助输出功率和输出二极管的压降。通常

4、主要输出电流若大于1A使用肖特基二极管，小于1A使用快恢复二极管，当小电流输出时辅助绕组可JU1N4148整流(建议辅助电压为18V,电流为30mA)输出功率(P。)计算的是总的输出功率。根据Po变床器的初级电感可山下式计算出。图1lR40xx系列反激电路典型应川下一步是计算初级，次级和辅助绕组的变比。下式给出初级(Np)和次级(Ns)变比的计算公式：此处Vo是次级输出电压，VD是次级输出幣流管的正向压降。一•个好的方法是先计算次级每伏的匝数，依此可计算出初级的匝数。辅助绕组的匝数NB可依下式算出。对于多路输出电源需要反复计算找出最佳变比，需耍对输出电压

5、采取一些折中以确保匝数为整数，没有半匝。现在就可计算出带气隙磁芯的有效电感。这需要从磁芯生产商处获得所需有气隙磁芯的Alg值或者使用标准磁芯通过研磨中间段得到所需的Alg值它也对以用下式rh初级电感Lp(uH)和初级匝数Np计算出。Ajg=

6、()()()X匕一初级平均电流lavnJ*It!假定效率耳，所需总输出功率Po及最小直流总线电压Vmin算出。所需初级峰值电流Ip可由下式算出图2给出不连续模式初级电流波形。可以看出在tl导通期间有一斜坡电流，其上升斜率受直流总线电压和初级电感Lp控制，最终达到刚才所计算的峰值电流值Ip。在t2关断期间初级无电流流过

7、。在l=Ip处出现峰值磁通。山于lR40xx是£

8、准谐振电路，tl与t2的转换依赖于输出负载和输入电压。计算时我们可采用变压器最坏情况下的最低频率，最低直流总线电压和最大负载。图2不连续反激电路初级电流波形根据初级RMS电流Irms能够算出所需导线线径，见下式:下一步是计算所需磁芯尺寸和气隙。首先选择磁芯尺寸，可以应用第五部分给出的磁芯类型和尺寸选择适当的功率等级。根据下式山有效截血积Ae(cm2)ir算出最大磁通密度Bm,作为磁芯选择依据(Bm应在2000^3000高斯之间，低于2000磁芯未被充分利用，高于3000依据所用铁氧休材料可能发主饱和)。—

9、•个可选方法是山劭】(如2500)计算所需磁芯的最小Ae.见下式f_PX/卩xAjg■通过改变次级匝数(Ns)可使Bm在所需范围内，也可直接改变初级匝数(Np)o对于专门磁芯增加次级匝数将降低Bm,R过來减少次级匝数将增大Bm0交流磁密BAC的应用可依据厂商提供的磁芯损耗曲线。它给出磁通的交流成分而不是峰峰值。这对不连续变压器设计可很方便由下式算出：2下一步是计算所需气隙。这意味着先要计算无隙磁芯的相对导磁率ur,它可由磁芯参数Ae（有效截面积cm2）,Le（有效磁路长度cm2）,AL（电感系数nH/匝2）计算出0.4^xAex1（）现在可以计算气隙的

10、厚度了。气隙仅在磁芯的中间部分研磨，这样有助于防止磁芯边沿磁通泄漏对周围元件产牛