用于单片集成开关IC开关电源的反激式变压器设计.docx

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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素之一是变压器的设计。在此我们所说的变压器不是真正意义上的变压器，而更多的是一个能量存储装置。在变压器初级导通期间能量存储在磁芯的气隙中，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本，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。大于100W的系统由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

2、的过程，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。在变压器设计之前的重点是定义电源参数，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ISMPSIC的IR40xx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回到零)。在PRC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(

3、约20KHZ时一般不实用，因为需要较大尺寸的磁芯)。因此本应用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-η≈0.85~0.9(高压输出)，0.75~0.85(低压输出)3〕最小直流总线电压-Vmin如110V时最小输入电压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100pf~1.5nf，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

4、二极管的压降。通常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用1N4148整流(建议辅助电压为18V，电流为30mA)输出功率(Po)计算的是总的输出功率。根据Po变压器的初级电感可由下式计算出。图1IR40xx系列反激电路典型应用下一步是计算初级，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是次级输出整流管的正向压降。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

5、比，需要对输出电压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值它也可以用下式由初级电感Lp(μH)和初级匝数Np计算出。 初级平均电流Iav可由假定效率η，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t1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。在I=Ip处

6、出现峰值磁通。由于IR40xx是自准谐振电路，t1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。根据下式由有效截面积Ae(cm2)计算出最大磁通密度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依据所用铁氧体材料可能发生饱和)。一个可选方法是由B

7、m(如2500)计算所需磁芯的最小Ae.见下式通过改变次级匝数(Ns)可使Bm在所需范围内，也可直接改变初级匝数(Np)。对于专门磁芯增加次级匝数将降低Bm，反过来减少次级匝数将增大Bm。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： 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μr，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)计算出现在可以计算气隙的厚度了。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

8、泄漏对周围元件产生EMI噪声(然而对于发展中或小的产品用绝缘材料垫在磁芯外部获得所需气隙是可以