Flyback 工作原理及变压器设计(10.22)
FLYBACK设计
FLYBACK设计FLYBACK(又称为回放式电源转换器或反馈电源回路)是一种常见的开关电源拓扑结构，它是一种离散电源转换器，为DC-DC电路提供稳定的输出电压。
FLYBACK设计需要考虑的因素包括输入电压范围、输出电压和电流要求、功率损耗、稳定性和效率等。
FLYBACK基本原理是通过变压器进行能量传递。
变压器由输入端的电感、输出端的电感和绕组匝数的比值组成。
当开关管导通时，电感储存能量；当开关管关断时，能量通过二极管传递给输出端。
通过调整开关管的导通时间，可以实现输出电压的调节。
FLYBACK设计的第一步是确定输入电压范围和输出电压要求。
输入电压范围通常由您的应用需求决定，而输出电压需要根据所驱动的负载电路来选择。
例如，如果需要驱动一组LED灯，输出电压应与LED的电压匹配。
您可能还需要考虑到电压的调整范围和调整精度。
第二步是选择适当的电力元件，如变压器、开关管和二极管等。
变压器的匝比决定了输入电压和输出电压的比例，因此需要根据输出电压来选择合适的变压器。
开关管的选择也很重要，您需要选择具有适当承载电流和开关频率的开关管。
二极管应具有足够的反向耐压和快速恢复时间。
第三步是设计控制电路。
控制电路的作用是实时监测输出电压并调整开关管的导通时间。
一种常见的控制电路是基于反馈的控制方法。
它通常由比较器、误差放大器和PWM控制器组成。
误差放大器通过比较设定值和实际输出电压来产生误差信号，然后传递给比较器。
比较器会将误差信号与参考信号进行比较，并产生PWM信号，控制开关管的导通时间。
最后一步是进行性能和稳定性分析。
您需要进行电路稳定性、转换效率和功率损失等方面的计算和测试。
这些分析可以帮助您优化设计，提高转换效率并降低功率损耗。
总之，FLYBACK设计需要考虑输入输出电压、功率因数校正、电流调节、短路保护、过电压保护等各项设计指标。
通过选择适当的电力元件，设计合适的控制电路并进行性能和稳定性分析，可以实现高效且稳定的DC-DC电路。
反激式开关电源(flyback)环路设计基础
反激式开关电源(flyback)是一种常见的电源结构，广泛应用于电子设备中。
它具有结构简单、成本低廉、效率高等优点，在消费电子、工业控制和通信设备等领域被广泛应用。
本文旨在介绍反激式开关电源环路设计的基础知识，包括工作原理、设计步骤和注意事项。
一、反激式开关电源的工作原理1.1 反激式开关电源的基本结构反激式开关电源由输入滤波器、整流桥、高频变压器、功率开关器件、输出整流滤波器、控制电路等组成。
其中，高频变压器是反激式开关电源的关键部件，通过变压器实现输入电压的隔离和变换，功率开关器件则控制变压器的工作状态，实现电源的调节和稳定输出。
1.2 反激式开关电源的工作原理反激式开关电源通过功率开关器件周期性地将输入电压斩波，将输入电能存储在变压器的磁场中，然后再将其转换为输出电压。
在工作周期的后半段，存储的能量释放到输出负载上，从而实现对输出电压的调节。
通过控制功率开关器件的导通时间和断态时间，可以实现对输出电压的调节和稳定。
二、反激式开关电源环路设计的基础知识2.1 反激式开关电源的设计步骤（1）确定电源的输入输出参数：包括输入电压范围、输出电压、输出电流、负载调整范围等；（2）选择功率开关器件和高频变压器：根据电源的输入输出参数和工作频率选择合适的功率开关器件和高频变压器；（3）设计反激式开关电源的控制电路：根据所选的功率开关器件和高频变压器设计相应的控制电路，包括PWM控制电路、电源启动电路等；（4）设计输入输出滤波器和保护电路：设计输入输出滤波器，保证电源的输入输出稳定和干净，设计过压、过流、过温等保护电路，保证电源的安全稳定工作。
2.2 反激式开关电源环路设计的注意事项（1）磁性元件的设计：高频变压器和输出感应元件的设计是整个反激式开关电源设计的关键，应合理设计磁芯、线圈匝数等参数，保证磁性元件承载功率、效率和体积的平衡；（2）功率开关器件的选择和驱动：应选择合适的功率开关器件，并设计合理的驱动电路，保证功率开关器件的可靠工作和转换效率；（3）控制电路的设计：应根据功率开关器件的工作特性和工作频率设计合适的PWM控制电路和反馈控制电路，保证电源的稳定可调；（4）输入输出滤波器和保护电路的设计：应合理设计输入输出滤波器和保护电路，保证电源的输入输出稳定和安全可靠。
flyback原副边电流关系 -回复
flyback原副边电流关系-回复Flyback变压器是一种常见的开关电源变压器，广泛应用于各种电子设备中。
它的工作原理与普通变压器有所不同，其中一个重要的关系就是其原边和副边电流之间的关系。
本文将一步一步回答关于flyback原副边电流关系的问题。
Flyback变压器的结构和原理首先，让我们了解一下Flyback变压器的结构和工作原理。
Flyback变压器主要由一个磁性芯、一个原边线圈和一个副边线圈组成。
原边线圈由交流电源驱动，副边线圈则通过开关管控制以产生输出电压。
当开关管导通时，原边线圈会储存能量，而当开关管关闭时，储存的能量通过磁耦合传输到副边线圈。
Flyback变压器的开关周期Flyback变压器的工作周期分为两个阶段：导通阶段和断开阶段。
在导通阶段，开关管导通，原边线圈储存能量；而在断开阶段，开关管关闭，储存的能量通过磁耦合传输到副边线圈。
这两个阶段的时间比例称为开关周期。
开关周期的长度由开关管的导通时间和断开时间决定。
Flyback原边电流当开关管导通时，原边线圈会接收电源的电流，并将其转化为磁能。
根据电流连续性原理，原边电流的平均值与副边电流的平均值应相等，即：I_primary_avg = I_secondary_avg其中，I_primary_avg代表原边电流的平均值，I_secondary_avg代表副边电流的平均值。
Flyback副边电流当开关管关闭时，存储在原边线圈中的能量通过磁耦合传输到副边线圈。
副边电流的变化与原边电流的变化成反比，即原边电流下降，副边电流增加。
这是由于变压器的能量守恒原理所决定的。
根据变压器的能量守恒原理：V_primary_avg ∙ I_primary_avg ∙ t = V_secondary_avg ∙I_secondary_avg ∙ t其中，V_primary_avg代表原边电压的平均值，V_secondary_avg代表副边电压的平均值，t代表开关周期的长度。
高频FLYBACK 变压器巧合电感器最佳之设计
Orlando文檔高頻FLYBACK 變壓器(偶合電感器)最佳之設計莊榮源飛瑞股份有限公司△.前言:由於市場日益競爭,如何將產品的價格降低,體積縮小,品質提高變成現今大家所共同努力的目標.而在Switch Power Supply 的領域裡,變壓器是非常重要的一部份,而Flyback 變壓器更在其中佔了舉足輕重的地位.如何將變壓器最佳化,就顯得額外的重要.我們可以從很多SPS書籍中獲得Flyback 變壓器的設計方法,雖然不盡相同,卻是大同小異.就一個設計者的角度來說,設計一個Flyback變壓器並不難,只要將設計的參數訂定,依照書上所寫的設計步驟,一個變壓器就誕生了,在這變壓器誕生的同時,你難道不會懷疑,這變壓器是否為最佳的變壓器呢?因為在這設計的參數裡還隱藏了不確定的因數.例如Flyback 變壓器初級測電感值參數的訂定,你如何能確定你剛開始設計所選定的感值對這顆變壓器是最佳感值呢?本文將針對設計參數做進一步的探討,以達到變壓器的最佳化.△.變壓器設計:在實際設計變壓器時,有兩個原則是必須注意到的:(1)溫升:這是設計變壓器最主要的項目和目的,安規裡有規定變壓器的最高溫升,變壓器的溫升需在安規的限制範圍內.例如: class A 的絕對溫度不能超過90°C ; class B 不能超過110°C 等等,這都是我們設計必須遵循的準則.(2)經濟:想在這市場上與人競爭,經濟考量是不可或缺的,尤其是變壓器往往是機器COST中的主要部分之一,所以如何將變壓器的價格,體積,品質掌握到最佳,就是我們所努力的方向.1.設計步驟:要將變壓器最佳化,需將不同的參數重複代入計算,如果利用Excel 的方程式或利用程式語言將公式寫下來,這樣將變得很簡單,只要改變參數就可得到結果.(1).參數的訂定:在設計變壓器之前,需先預定一些參數,很多書籍上這些參數都不同,不同的設計參數,設計流程亦不同,現在針對Flyback變壓器最常用的設計參數:輸入電壓:Vin,輸入的頻率:fs,最大Duty cycle : Dmax,初級與次級圈數比: N,初級電感值: Lp,輸出電壓:Vo,輸出最大:Wo.線圈的電流密度:J, 最大磁通密度: Bmax, 最大繞線因數:Kw(2)由這些設計參數算出:△Duty on (初級測導通的比例)△Duty off (次級測導通的比例)△初級交流電流值(ΔIpp)△初級電流Peak 值(Ip(peak))△初級電流RMS值(Irms)Orlando 文檔,則操作於CCM 1>+off on D D 以此作為分隔CCM 與DCM.若只改變Lp 的值,其餘預定參數固定,將得到一Lp 與AcAw 的關係如下.感值愈大,所需的變壓器愈大.3.變壓器core 的選擇:再選擇core 之前,有幾點是必須注意與了解的:i.core loss 的溫度特性: 依據機器所規定的周溫,當core 的溫度上升時,我們希望其core loss 是隨著溫度而下降,如此才比較不會有熱跑脫的現象發生.ii.當銅損=鐵損時,效率最高.iii.變壓器的大小直接影響到系統的操作模式,所以必須清楚DCM 與CCM 的優缺點,才能選擇到最適合需求的core.iv.符合最經濟的原則:也就是說10元能符合規格與需求決不多花1毛錢.v.選擇的core 愈大,效率不一定愈高,但散熱面積愈大,溫升會愈低.若了解以上幾點後,依據需求選定變壓器的core. 例如:若在乎的是散熱問題,可選擇大一點的core 和core loss 較小的core(如: MPP core ); 若在乎的是體積和價格,可以選擇較小與市場上價格較低的core(如: PC30 , PC40 ,MZ4 ,EE ,EI core )若core 的大小不知如何選擇,建議先選擇符合2 倍Boundary 感值計算出來Ac*Aw 的core.4.變壓器最佳化:當你選定core 之後,可得知其Ac*Aw 的值.在小於Ac*Aw 的原則下變動預設參數感值Lp 與電流密度,也就是等於改變銅損與鐵損之間的關係.可以得到Lp 與Loss 之間的關係圖如下.當PCu(銅損)=PFe(鐵損) 時,Total Loss 接近最低值.此感值正是最佳的選擇.Orlando Core Loss (鐵損)與材料特性有關,製造商會提供單位鐵損的相關資料式:N M Fe f B K P )(∆=△B:磁通密度變化量, 810⨯=∆fA N D VB c p on in ;M 和N 依材質不同而異.Core Loss = PFe * Ve Ve : Core 的體積Couple Loss(銅損)與操作頻率和使用線徑有關,各種線徑的線材都會提供單位長度的直流電阻值,但除了線徑中的標準流集膚效應所產生的繞線電阻增量. rms Cu I P =W : Layer width 當算出Total Loss = core loss + couple loss 符合安規的標準.當溫升過高時,表示選的core 太小縮小以達到最經濟之原則.( 實際的溫升會比此公式算出的溫升高s Loss Total A P T ⋅⨯≈∆800w c s A A A 34≈As :散熱表面積2cm 一切都決定後,就剩下繞線的方法.若要降低漏感,最好是用三明治繞法EMI 則可加入法拉第銅環.(它可降低一,二次測的雜散電容Differential mode noise 不易經由變壓器的雜散電容傳導出去在一開始就得決定加不加法拉第銅環.Orlando 文檔2.理論計算:由設計理論可以算出下列的值:Duty on (初級測導通的比例) =0.464Duty off (次級測導通的比例) =0.536初級交流電流值 (ΔIpp) = 2.321A 初級電流 Peak 值(Ip(peak)) = 3.554 A 初級電流RMS 值 (Irms) = 1.693 A 初級線圈的線徑 (Φp) = 0.576 mm 次級電流 Peak 值(Ip(peak)) = 4.620 A 次級電流RMS 值 (Irms) = 2.365 A 初級線圈的線徑 (Φs) = 0.680 mm 集膚深度mm 22.0=δ所以選擇線徑< 0.44 mm 的線徑0.2mm 多股並繞,N1用8條,N2 用12條0.22mm 線徑並繞.JIS 2種 線材0.2mm 線徑最大完成外徑為0.22mm有效磁路面積與鐵心可繞面積的乘積(Ac*Aw)= 1147.34mm 3.core 的選擇選擇core EE19 ,材質PC40 ,其Ac*Aw=1258.56,4mm core loss 在接近100 °C 時最低.Bsat (25°C) = 5100 G Bsat (60°C) = 4500 G Bsat (100°C) = 3900 G Bsat (120°C) = 3500 G Ac = 22.8 2mm Aw = 55.2 2mm Ve = 889.5 3mm 平均每匝長度MLT = 43.1mm4.變壓器的最佳化:JIS 2種線材0.2mm 線徑最大導體電阻=577.2 ohm/Km 工作溫度90°C 時, 最大導體電阻=736 ohm/Km代入變壓器正常操作下的輸入電壓27.5V,在符合Ac*Aw<1258.56的條件下,改變Lp 與J 可求得下列關係圖:4mm當Lp 感值=40uH, N1=22.83 ,7.86條並繞 , N2=17.56, 13.56core loss = 0.288couple loss =0.358 ,Total Loss 最低= 0.646W,代入下式,算出其慨略溫升06.12=≈w c s A A A 34,C A P T s Loss Total ︒=⨯≈∆⋅.980042取感值Lp = 40uH, N1 =22 ,0.2mm 8條並繞△.結論:在實際設計上,用常態電壓去做變壓器最佳的設計必須注意到為提供足夠的能量,電流會往上升,若預定的Bmax 面的實例設計為例,最低壓時, Ip= 3.44A ,Bmax = 2741Gauss,。
反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理
反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理1).反激式变换器的电路结构如图一.2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).当Q1导通,T1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为:Vdc=Lp*dip/dt此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw.3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.当∆B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co和负载上.此时次级线圈两端电压为:Vs(t)=Vo+Vf (Vf为二极管D1的压降).次级线圈电流:Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls为次级线圈电感量)由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM).三.CCM模式下反激变压器设计的步骤1. 确定电源规格.1. .输入电压范围Vin=85—265Vac;2. .输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;3. .变压器的效率ŋ=0.902. 工作频率和最大占空比确定.取:工作频率fosc=100KHz, 最大占空比Dmax=0.45.T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5usToff=10-4.5=5.5us.3. 计算变压器初与次级匝数比n(Np/Ns=n).最低输入电压Vin(min)=85*√2-20=100Vdc(取低频纹波为20V).根据伏特-秒平衡,有: Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n.n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)]n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.644. 变压器初级峰值电流的计算.设+5V输出电流的过流点为120%;+5v和+12v整流二极管的正向压降均为1.0V. +5V输出功率Pout1=(V01+V f)*I01*120%=6*10*1.2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+V f)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W如图四, 设Ip2=k*Ip1, 取k=0.41/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/ŋIp1=2*Pout/[ŋ(1+k)*Vin(min)*Dmax]=2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45]=3.00AIp2=0.4*Ip1=1.20A5. 变压器初级电感量的计算.由式子Vdc=Lp*dip/dt,得:Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2]=100*4.5/[3.00-1.20]=250uH6.变压器铁芯的选择.根据式子Aw*Ae=Pt*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*ŋ],其中: Pt(变压器的标称输出功率)= Pout=85WKo(窗口的铜填充系数)=0.4Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体),变压器磁通密度Bm=1500 Gsj(电流密度): j=5A/mm2;Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90]=0.157cm4考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表:EER2834S铁氧体磁芯的有效截面积Ae=0.854cm2它的窗口面积Aw=148mm2=1.48cm2EER2834S的功率容量乘积为Ap =Ae*Aw=1.48*0.854=1.264cm4 >0.157cm4故选择EER2834S铁氧体磁芯.7.变压器初级匝数及气隙长度的计算.1).由Np=Lp*(Ip1-Ip2)/[Ae*Bm],得:Np=250*(3.00-1.20)/[85.4*0.15] =35.12 取Np=36由Lp=uo*ur*Np2*Ae/lg,得:气隙长度lg=uo*ur*Ae*Np2/Lp=4*3.14*10-7*1*85.4mm2*362/(250.0*10-3mH)=0.556mm 取lg=0.6mm2). 当+5V限流输出,Ip为最大时(Ip=Ip1=3.00A),检查Bmax.Bmax=Lp*Ip/[Ae*Np]=250*10-6*3.00/[85.4 mm2*36]=0.2440T=2440Gs <3000Gs因此变压器磁芯选择通过.8. 变压器次级匝数的计算.Ns1(5v)=Np/n=36/13.64=2.64 取Ns1=3Ns2(12v)=(12+1)* Ns1/(5+1)=6.50 取Ns2=7故初次级实际匝比:n=36/3=129.重新核算占空比Dmax和Dmin.1).当输入电压为最低时: Vin(min)=100Vdc.由Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n,得:Dmax=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(min)]=6*12/[6*12+100]=0.4182).当输入电压为最高时: Vin(max)=265*1.414=374.7Vdc.Dmin=(Vout+Vf)*n/[(Vout+Vf)*n+ Vin(max)]=6*12.00/[6*12.00+374.7]=0.1610. 重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Ip(rms).1).在输入电压为最低Vin(min)和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K值.(如图五)设Ip2=k*Ip1.实际输出功率Pout'=6*10+13*1=73W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout'/ŋ(1)K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) (2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[ŋ* Vin(min)*Ton(max)]+Vin(min)* Ton(max)/Lp}=0.5*{2*73*10/[0.90*100*4.18]+100*4.18/250.0}=2.78AK=1-100*4.18/[2.78*250]=0.40Ip2=k*Ip1=2.78*0.40=1.11A2).初级电流有效值Ip(rms)=[Ton/(3T)*(Ip12+Ip22+Ip1*Ip2)]1/2=[0.418/3*(2.782+1.112+2.78*1.11)] 1/2=1.30A11. 次级线圈的峰值电流和有效值电流计算:当开关管截止时, 变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为∆B并没有相对的改变.因此开关管截止时,初级峰值电流与匝数的乘积等于次级各绕组匝数与峰值电流乘积之和(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p).由于多路输出的次级电流波形是随各组负载电流的不同而不同, 因而次级电流的有效值也不同.然而次级负载电流小的回路电流波形,在连续时接近梯形波,在不连续时接近三角波,因此为了计算方便,可以先计算负载电流小的回路电流有效值.1).首先假设+12V输出回路次级线圈的电流波形为连续,电流波形如下(图一):1/2*[Is2p +Is2b]*toff/T=I02(3)Ls1*[Is2p–Is2b]/toff=V02+Vf (4)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2(5)由(3)(4)(5)式得:Is2p=1/2*{2*I02/[1-D]+[V02+Vf]*[1-D]*T*Np2/[Ns22*Lp]}=0.5*{2*1/[1-0.418]+[12+1]*[1-0.418]*10*362/[72*250]}=5.72AIs2b =I01/[1-D]-1/2*[V01+Vf]*[1-D]*Np2/[Ns22*Lp]=1/0.582-0.5*13*0.582*10*362/[72*250]=-2.28A <0因此假设不成立.则+12V输出回路次级线圈的电流波形为不连续, 电流波形如上(图七). 令+12V整流管导通时间为t’.将Is2b=0代入(3)(4)(5)式得:1/2*Is2p*t’/T=I02(6)Ls1*Is2p/t’=V02+Vf (7)Ls2/Lp=(Ns2/Np)2(8)由(6)(7)(8)式得:Is2p={(V02+Vf)*2*I02*T*Np2/[Lp*Ns22]}1/2={2*1*[12+1]*10*362/[72*250]} 1/2=5.24At’=2*I02*T/ Is2p=2*1*10/5.24=3.817us2).+12V输出回路次级线圈的有效值电流:Is2(rms)= [t’/(3T)]1/2*Is2p=[3.817/3*10] 1/2*5.24=1.87A3).+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:Is1rms= Is2(rms)*I01/I02=1.87*10/1=18.7A12.变压器初级线圈和次级线圈的线径计算.1).导线横截面积:前面已提到,取电流密度j=5A/mm2变压器初级线圈:导线截面积= Ip(rms)/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2变压器次级线圈:(+5V)导线截面积= Is1(rms)/j=18.7A/5A/mm2=3.74 mm2(+12V)导线截面积= Is2(rms)/j=1.87A/5A/mm2=0.374mm22).线径及根数的选取.考虑导线的趋肤效应,因此导线的线径建议不超过穿透厚度的2倍.穿透厚度=66.1*k/(f)1/2k为材质常数,Cu在20℃时k=1.=66.1/(100*103)1/2=0.20因此导线的线径不要超过0.40mm.由于EER2834S骨架宽度为22mm,除去6.0mm的挡墙宽度,仅剩下16.0mm的线包宽度.因此所选线径必须满足每层线圈刚好绕满.3).变压器初级线圈线径:线圈根数=0.26*4/[0.4*0.4*3.14]=0.26/0.1256=2取Φ0.40*2根并绕18圈,分两层串联绕线.4).变压器次级线圈线径:+5V: 线圈根数=3.74/0.1256=30取Φ0.40*10根并绕3圈, 分三层并联绕线.+12V: 线圈根数=0.374/0.1256=3取Φ0.40*1根并绕7圈, 分三层并联绕线.5).变压器绕线结构及工艺.为了减小变压器的漏感,建议采取三文治绕法,而且采取该绕法的电源EMI性能比较好.四.结论.由于连续模式下电流峰值比不连续模式下小,开关管的开关损耗较小,因此在功率稍大的反激变换器中均采用连续模式,且电源的效率比较高.由于反激式变压器的设计是反激变换器的设计重点,也是设计难点,如果参数不合理,则会直接影响到整个变换器的性能,严重者会造成磁芯饱和而损害开关管,因此在设计反激变压器时应小心谨慎,而且变压器的参数需要经过反复试验才能达到最佳.。
反激变换器的原理与设计
反激变换器的原理与设计反激变换器（flyback converter）是一种常用的直流电源变换器，能够将输入电压转换为所需的输出电压。
它主要由能量存储元件（电感器）、开关管（MOSFET）以及输出电压反馈回路等组成。
下面将详细介绍反激变换器的工作原理和设计要点。
1.原理：在能量存储阶段，切换管导通，输入电压通过电感器（主电感L）充电，电能被存储在电感器和漏感（副电感Lm）中。
此时二极管（D）关断。
在能量释放阶段，切换管关断，电感器中储存的能量开始传输。
电感器的电压将上升到储能电容器（C）和负载上，形成输出电压。
漏感中储存的能量也开始传输。
此时，二极管导通，漏感中的能量传递给负载和储能电容器。
2.设计要点：（1）选择合适的开关元件：切换管应选择能承受输入电压和输出功率的MOSFET管。
无源减压型和有源减压型的选型要求不一样，要根据具体需求进行选择。
（2）合理设计变压器：变压器设计是反激变换器设计的关键，主要包括匝数计算、电感值确定、磁芯选型等。
合理设计变压器能提高效率，减小开关压降。
（3）选取合适的反馈控制方式：常用的控制方式有电流模式控制和电压模式控制。
电流模式控制适用于负载变化较大的场景，能够保持输出电流的稳定性；电压模式控制适用于负载变化较小的场景，能够保持输出电压的稳定性。
（4）合理选择电容器和滤波电路：电容器的选择应根据输出电流和负载的特点来确定合适的容值。
滤波电路的设计可以减小电磁干扰和输出纹波。
（5）考虑过渡过程和保护措施：在设计过程中还要考虑到启动过程的稳定性、变压器的漏电感对输出电压的影响、过电流保护、过压保护等方面的问题，以确保变换器的可靠性和安全性。
总结：反激变换器作为直流电源转换器的重要一环，其设计和应用十分广泛。
设计反激变换器时，需要根据具体的输入输出电压和负载要求，选择适当的元件和控制策略，合理设计变压器和电路，以及充分考虑保护和稳定性问题。
这样可以提高反激变换器的性能，实现高效稳定的电源转换。
反激变换器（Flyback）的设计和计算步骤
反激变换器（Flyback）的设计和计算步骤反激变换器(Flyback)的设计和计算步骤齐纳管吸收漏感能量的反激变换器：0. 设计前需要确定的参数A 开关管Q的耐压值：VmqB 输⼊电压围：Vinmin ～ VinmaxC 输出电压VoD 电源额定输出功率：Po（或负载电流Io）E 电源效率：XF 电流/磁通密度纹波率：r（取0.5，见注释C）G ⼯作频率：fH 最⼤输出电压纹波：Vopp1. 齐纳管DZ的稳压值VzVz <= Vmq × 95% - Vinmax，开关管Q承受的电压是Vin + Vz，在Vinmax处还应为Vmq 保留5%裕量，因此有Vinmax + Vz < Vmq × 95% 。
2. ⼀次侧等效输出电压VorVor = Vz / 1.4（见注释A）3. 匝⽐n（Np/Ns）n = Vor / (Vo + Vd)，其中Vd是输出⼆极管D的正向压降，⼀般取0.5～1V 。
4. 最⼤占空⽐的理论值DmaxDmax = Vor / (Vor + Vinmin)，此值是转换器效率为100%时的理论值，⽤于粗略估计占空⽐是否合适，后⾯⽤更精确的算法计算。
⼀般控制器的占空⽐限制Dlim的典型值为70%。
----------------------------------------------------------------------------- 上⾯是先试着确定Vz，也可以先试着确定n，原则是 n = Vin / Vo，Vin 可以取希望的⼯作输⼊电压，然后计算出Vor，Vz，Dmax等，总之这是计算的“起步”过程，根据后⾯计算考虑实际情况对n进⾏调整，反复计算，可以得到⽐较合理的选择。
-----------------------------------------------------------------------------5. 负载电流IoIo = Po / Vo，如果有多个⼆次绕组，可以⽤单⼀输出等效。
Flyback开关电源工作原理及测试要点
DU NP 1 U 0 U in t in U in ( ) N2 1 Dt 1 Dt
I PK
U inton 2 P0 2I 0 2TS I 0 LPth DtU in (1 Dt )n (TS ton )n
IF : toff
L2 i2 max Uo
Flyback电路分析和测试要点
5. 反馈回路 反馈电路由AZ431和光耦构成。 输出电压通过集成稳压器AZ431和光 电耦合器反馈到PWM控制IC的FB脚， 调节R1、 R2的分压比可设定和调节 输出电压，达到较高的稳压精度。 Uo=2.5V*(R22+R23)/R23 光耦传输比：CTR=IC/ IF×100% H(s)= - ( R21+1/C11s) / R23 R19/R20分别为上拉/下拉偏置电阻； R21/C11组成极零点补偿网络，通过 调节R值或C值可以调节频带增益。 一般增益要求>-14dB，相位要求 >45deg。
Flyback电路分析和测试要点
Flyback电路设计
隔离反激电源的结构框图
EMI
整流滤波
变压器
次级整流滤波
输出
开关器件
采样反馈
PWM 控制IC
隔离器件
高压区域
低压区域
Flyback电路设计
Flyback电路设计
1. 保险管的选取 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。
Fosc=6500/RIБайду номын сангаасKohm) （KHz）
导通占空比由sense和FB共同确定 OLP：Vfb>Vth_pl:3.7V OCP：Vsense>Vth_oc:0.75V OVP：Vfb<Vth_0d:0.75V UVP：Vcc<UVLO(on):8.8V
flyback电路原理
flyback电路原理Flyback电路是一种常见的电子转换器，用于将直流电压转换为高频交流电压。
它由一个变压器、电容器和开关管组成。
Flyback电路由于其简单的结构和低成本而被广泛应用于电源供应、照明、显示器和电子设备等领域。
Flyback电路的原理是利用能量存储和传递的原理，在开关管导通时，电流通过变压器的主边，同时电能储存在变压器的磁场中；当开关管关闭时，储存的磁能通过变压器的副边传递到负载上，产生输出电流。
Flyback电路可分为四个基本操作模式：1.导通状态：当开关管导通时，电源电压通过变压器的主边输入，并储存在变压器的磁场中。
此时，磁场的能量将产生电流，电流通过二极管D1充电，变压器负载侧储存电容（C1）也通过电流充电。
2.反向恢复：当开关管关闭时，突然切断了主边电压，导致主边电感的磁场崩溃。
此时，储存在变压器磁场中的能量将被传递到副边，产生高压脉冲。
这些脉冲电压通过二极管D2传递到输出端。
3.正反相持续电流：当反向恢复结束时，变压器的磁场开始重新建立，但方向与初始方向相反。
此时，磁场储存的能量通过二极管D3传递到变压器负载侧电容（C2）进行充电。
4.副边电流平衡：变压器副边的电荷通过C1和C2平衡，以保持电流的平稳传递。
在Flyback电路中，变压器起到核心的作用。
通过改变变压器的绕组比例，可以改变输出电压的大小。
此外，通过改变变压器的工作频率，可以控制转换效率以及输出的功率。
较高的频率会使得变压器小型化，但同时增加开关管和变压器的损耗。
因此，在设计Flyback电路时需要权衡频率和效率之间的关系。
Flyback电路的优点包括：1.结构简单：由于只有一个变压器和几个简单的元件，Flyback电路的结构非常简单，易于制造和维修。
2.高效率：通过合理设计电路参数和选择合适的元件，Flyback电路的转换效率可以达到80%以上。
3.负载适应性：Flyback电路适应负载变化范围广，可以提供不同的功率输出。
flyback的作用
flyback的作用
Flyback（反激式变换器）是一种在开关电源中常用的电路拓扑。
它的主要作用是将输入的直流电压转换为隔离的、高频的交流电压，然后通过变压器进行降压或升压，最终输出所需的直流电压。
Flyback 变换器具有以下几个主要作用：
1. 电压转换：Flyback 变换器可以将输入的直流电压转换为交流电压，通过变压器的变比实现升压或降压，从而得到所需的输出电压。
2. 隔离：Flyback 变换器中的变压器可以实现输入和输出之间的电气隔离，有效地防止了输入端和输出端之间的直接电气连接，提高了系统的安全性和抗干扰能力。
3. 高效能量转换：Flyback 变换器采用了开关电源技术，能够在高频率下进行能量转换，从而提高了能量传输的效率，减小了能量损耗。
4. 紧凑的尺寸：相比于其他类型的变换器，Flyback 变换器的电路结构较为简单，所需的元件数量较少，因此可以实现较小的尺寸和较高的功率密度。
5. 成本效益：Flyback 变换器的设计和制造成本相对较低，因此在许多应用中具有较高的性价比。
总之，Flyback 变换器在电源转换、隔离、效率和成本等方面具有优势，使其成为了一种广泛应用于各种电子设备和电源系统中的电路拓扑。
Flyback 工作原理及变压器设计(10.22)
7 计算气隙lg lg=0.4Pi×Lp×Ip2/Ae×△B2或者 lg=0.4Pi×Np2×Ae×10-8/Lp 对于反激：气隙不宜超过1mm,超过的话会导致漏感大, 对EMI 和开关管的Spike不利,气隙超过1mm,意味着变 压器不足以满足该功率。 8 根据J=Irms /3.14×r2 选择导线的线径 考虑趋肤效应的损耗，选择的导线线径应该小于2倍 的趋肤深度，一般线圈的温度在70oC时 ， △=7.09/f1/2 (cm) ,100oC时，△=7.65/f1/2 (cm) 。
• • • • • • • •
Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率 公式导出如下: 输出功率 : Po = LIp2η / 2T 输入电压 : VIN = Ldi / dt设 di IN = LIpf / Dmax 或 Lp = VIN*Dmax / Ipf 则Po又可表示为 : Po = ηVINf DmaxIp2 / 2f Ip = 1/2ηVINDmaxIp ∴ Ip = 2Po / ηVINDmax
• 第二节. 工作原理 • 在图1所示隔离反驰式转换器(The isolated flyback converter)中, 变压器" T "有隔离与扼流 之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke. 电路的工作原理如下: • 当开关晶体管 Tr ton时,变压器初级Np有电流 2 Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp / 2).由于Np与 Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能 量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向 电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通. 反激式转换器之稳态波形如图2.
FLYBACK 反激变换器
在Vin或Ro上升时减小Ton，Vin或Ro下降时增大Ton，从而使输出恒定
DCM设计原则和步骤
• 确定初/次级匝数比Np/Ns
• 开关管压降为
Vds
Vin
Np Ns
Vo
• 首先选择开关管的额定电压，参数的选择应使Vds尽量小，但应 保证即使有0.3Vin的漏感尖峰叠加于Vds，对开关管的极限值仍有 30%的裕度
• 此模式下，电感中储存的能量不完 全释放至负载中
互感
• 互感现象
• 由于N1和N2有磁的联系，即磁通Φ11即通过N1，而且还有一部分 Φ12通过N2，i1变化时， Φ12也随之发生变化，因此在N2中也会 产生感生电动势；反之，i2变化时，同样也会在N1中产生感生电 动势。
• 互感系数
• Φ11产生的磁通Φ12与线圈N2磁链，
磁路服从电路的基尔霍夫定律
• 由基尔霍夫定律第一定律得:磁路中任意一点 的磁通之和为零ΣΦ=0
•由基尔霍夫定律第二定律得:沿某一方向的任 意闭合回路的磁势的代数和等于磁压降的代数 和ΣIN=ΣΦR或ΣHl= ΣΦR
N匝线圈电感的计算
• 电感系数的定义
•由
L
=N；
i
BA；B
H；Hl
Ni；G m
忽略不计
L
N2
/ R
N 2G
N2
A
• 磁粉芯电感可等效为高磁导率材料磁芯与一个不同长度的气隙串 联
L N 2G N 2 A；
l
是磁粉芯磁导率随偏置电流加大而下降的百分比
气隙磁芯电感应用
• 如果实际测量中电感值过大，不要减少匝数， 这样可能会使损耗过大或磁芯饱和，可增加气 隙来减少电感。
=
A
Flyback正激变换器的工作原理
第1章Flyback正激变换器的工作原理1.1引言有隔离变换器的DC/DC变换器按照铁芯磁化方式，可分为双端变换器（全桥、半桥、推挽等）和单端变换器（正激式、反激式等）。
和双端变换器比较，单端变换器线路简单、无功率管共导通问题、也不存在高频变换器单向偏磁和瞬间饱和问题，但由于高频变换器只工作在磁滞回线一侧，利用率低。
因此，它只适用于中小功率输出场合。
单端正激变换器是一个隔离开关变换器，隔离型变换器的一个根本特点是有一个用于隔离的高频变压器，所以可以用于高电压的场合。
曲于引入了高频变压器极大的增加了变换器的种类，丰富了变换器的功能，也有效的扩大了变换器的使用范围。
单端正激变换器拓扑以其结构简单、工作可靠、成本低廉而被广泛应用于独立的离线式中小功率电源设计中。
在计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、医疗设备等领域，这类电源具有广阔的市场需求。
当今，节能和环保已成为全球对耗能设备的基本要求。
所以，供电单元的效率和电磁兼容性自然成为开关电源的两项重要指标。
而传统的单端正激拓扑，山于其磁特性工作在第一象限，并且是硬开关工作模式，决定了该电路存在一些固有的缺陷：变压器体积大，损耗大；开关器件电压应力高，开关损耗大；dv/dt 和di/dt 大等。
为了克服这些缺陷，提出了有源钳位正激变换器拓扑，从根本上改变了单端正激变换器的运行特性，并且能够实现零电压软开关工作模式，从而大量地减少了开关器件和变压器的功耗，降低了d、./£和di/d：,改善了电磁兼容性。
因此，有源钳位正激变换器拓扑迅速获得了广泛的应用。
本章主要介绍Flyback型有源箝位正激变换器的稳态工作原理与电路设计。
1.2 Flyback型有源箝位正激变换器稳态工作原理有源箝位正激变换器山有源箝位支路和功率输出电路组成。
有源箝位支路由箝位开关和箝位电容吊联组成，并联在主开关或变压器原边绕组两端。
利用箝位电容及开关管的输出电容与变压器绕组的激磁电感谐振，创造主开关和箝位开关的ZVS工作条件，并在主开关关断期间，利用箝位电容的电压限制主开关两端的电压基本保持不变，从而避免了主开关过大的电压应力：另一方面，在正激变换器中采用有源箝位技术还可实现变压器铁芯的自动磁复位，并可以使激磁电流沿正负两个方向流动，使其工作在双向对称磁化状态，提高了铁芯的利用率。
Flyback开关电源工作原理及测试要点
什么是Flyback？
反激式开关电源：输出端在变压器原边绕组断开电源时获得能量，英文名称叫 Flyback Transformer
DC(90V-375V)
L
AC(85V-26FE5IMVLI)TERBRIDGE N
OUTPUT 12V
filter
Transformer
VCC
MOSFET PWM
FEDBACK
√2 为交流状态下要考虑峰峰值。
V1mA 为压敏电阻电压实际取值近似值
Flyback电路设计
3. NTC热敏电阻的选取
NTC是以氧化锰等为主要原料制造的精细半导体电子陶瓷元件。电阻值随温度的 变化呈现非线性变化，负温度系数NTC电阻值随温度升高而降低。 作用：抑制开机时产生的Inrush。
11
L
输出
开关器件
采样反馈
PWM 控制IC 隔离器件
高压区域
低压区域
Flyback电路设计
Flyback电路设计
1. 保险管的选取 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压V、额定电流I、熔断时间I^2RT。 分类：快断、慢断、常规
RtRnexpB[(11)] T1 Tn
T1 Tn Iinrush 2Uinmax 375A75A
RtESR(LC) 5
慢一些，一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。
压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在 用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压 V1mA和通流容量两个参数。
Iinrush 2Uinmax 375A75A RtESR(LC) 5
开关电源设计不可不看--Flyback电路原理
Flyback转换器电路是由Buck-Boost电路，利用磁性元件耦合的功能衍生而来，所以要探讨Flyback电路，必须先从Buck-Boost电路开始。
一、Flyback电路简介（一）Flyback电路架构Flyback变换器，俗称单端反激式DC－DC变换器，又称为返驰式(Flyback)转换器，或"Buck-Boost"转换器，因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量，因此得名.Flyback变换器是在主开关管导通期间，电路只储存而不传递能量；在主开关管关断期间，才向负载传递能量的一种电路架构。
（1）Flyback变换器理论模型如图。
（2）实际电路结构根据Flyback变压器的同名端绕制方式，有下面两种形式，这两个电路实质上是一样的。
当然，Flyback电路还有其他衍生形式（见附录I）。
（二）Flyback变换器优点（1）电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出的要求。
（2）转换效率高，损失小。
（3）匝数比值较小。
（4）输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在 85～265V 间，无需切换而达到稳定输出的要求。
（三）Flyback变换器缺点（1）输出电压中存在较大的纹波，负载调整精度不高，因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。
（2）转换变压器在电流连续(C.C.M.)模式下工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大。
（3）变压器有直流电流成份，且同时会工作于C.C.M./D.C.M.两种模式，故变压器在设计时较困难，反复调整次数较顺向式多，迭代过程较复杂。
二、Buck －Boost 转换器工作原理所有的导出型转换器都保留其基本转换器的特性；要了解Flyback 转换器，要从其基本转换器Buck －Boost 电路开始。
（一）Buck －Boost 电路组成Buck －Boost 电路由一个开关晶体管，一个功率二极管，一个储能电感和一个输出电容组成，见图1。
Flyback-工作原理及变压器设计(10.22)解析
• 推算反射电压(Vref)：Vo/Vref=N2/N1 , Vo/Vin=D*Ns/(1-D)Np • ∴Vref=Vin*D/1-D • Vce(max)=Vref+Vin+Vspike • =Vin/1-D 经验flyback Vce<=2.2Vin.(当Dmax <0.4)
• 反激式变换器一般工作于两种工作方式 • 1. 电感电流不连续模式DCM (Discontinuous Inductor Current Mode)或称 " 完全能量转换 ": ton时储存在变压器中的所有 能量在反激周期 (toff)中都转移到输出端. • 2. 电感电流连续模式CCM ( Continuous Inductor Current Mode) 或称 " 不完全能量转 换 " : 储存在变压器中的一部分能量在toff末 保留到下一个ton周期的开始.
Flyback 工作原理及变压器设计
Part one： Flyback 工作原理
• 一、反激式转换器的优点有: • 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此 适合多组输出要求. • 2. 转换效率高,损失小. • 3. 变压器匝数比值较小. • 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有 较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求.
• • • • • • • •
Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率 公式导出如下: 输出功率 : Po = LIp2η / 2T 输入电压 : VIN = Ldi / dt设 di = Ip,且 1 / dt = f / Dmax,则: VIN = LIpf / Dmax 或 Lp = VIN*Dmax / Ipf 则Po又可表示为 : Po = ηVINf DmaxIp2 / 2f Ip = 1/2ηVINDmaxIp ∴ Ip = 2Po / ηVINDmax
FLYBACK 变压器设计
单端反激开关电源变压器设计单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。
下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。
1、已知的参数这些参数由设计人员根据用户的需求和电路的特点确定，包括：输入电压V in、输出电压V out、每路输出的功率P out、效率η、开关频率f s(或周期T)、线路主开关管的耐压V mos。
2、计算在反激变换器中，副边反射电压即反激电压V f与输入电压之和不能高过主开关管的耐压，同时还要留有一定的裕量(此处假设为150V)。
反激电压由下式确定：V f=V Mos-V inDCMax-150V反激电压和输出电压的关系由原、副边的匝比确定。
所以确定了反激电压之后，就可以确定原、副边的匝比了。
N p/N s=V f/V out另外，反激电源的最大占空比出现在最低输入电压、最大输出功率的状态，根据在稳态下，变压器的磁平衡，可以有下式：V inDCMin・D Max=V f・(1-D Max)设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为I p1，当开关管关断时，原边电流上升到I p2。
若I p1为0，则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。
由能量守恒，我们有下式：1/2・(I p1+I p2)・D Max・V inDCMin=P out/η一般连续模式设计，我们令I p2=3I p1这样就可以求出变换器的原边电流，由此可以得到原边电感量：L p= D Max・V inDCMin/f s・ΔI p对于连续模式，ΔI p=I p2-I p1=2I p1；对于断续模式，ΔI p=I p2 。
可由A w A e法求出所要铁芯：A w A e=(L p・I p22・104/B w・K0・K j)1.14在上式中，A w为磁芯窗口面积，单位为cm2A e为磁芯截面积，单位为cm2L p为原边电感量，单位为HI p2为原边峰值电流，单位为AB w为磁芯工作磁感应强度，单位为TK0为窗口有效使用系数，根据安规的要求和输出路数决定，一般为0.2~0.4K j为电流密度系数，一般取395A/cm2根据求得的A w A e值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽之比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口有效使用系数较高，同时可以减小漏感。
flyback变压器设计步骤
I P I DC L f DMAX VinMIN
②
把②式代入①得：
P0 1 I DC I P DmaxVinMIN 2
若DCM或临界时，IDC=0， 在CCM时，一般取IP=3IDC
原边电流有效值计算公式
如图2，设IP为△I的中点，则IC的电流波形 可以近似的表示为：高度为IP，宽度为DT的 方波（如图3），则有：
VDS ( MAX ) (VOUT VD ) N P 2 Vin(max) Vl NS
(5 0.6) 40 1.414 264 Vl 448 V Vl 3
式中第2项为次级对初级的反射电压，第3项为初级 漏感释放能量产生的电压尖峰。 选用600V耐压的MOS管就可。
Ic(Q12)波 形： 图2 原边开关管电流波形
IDC
IP Ic(Q12)近 似波形： A1 A2 图3 电流等效波形 Iin
反激开关电源最大占空比出现在最低输入电 压，满载输出功率的条件下。设开关频率f， 在最大占空比时，当开关管开通时，原边电 流为IDC；当开关管关断时，原边电流上升到 IP，根据能量守恒：
PIN VIN I IN
I IN 1 T
PO
DT
0
I P dt D I P
I C Q1
I P 0～DT
0DT～T
则流过Q12的电流有效值为：
I C RMS 1 DT 2 1 T 2 I C Q1 dt I C Q1 dt 0 T T DT
P 1 2 2 I P I DC L f 0 2
返驰式变压器设计原理
返馳式變壓器設計原理(Flyback Transformer Design Theory)第一節. 概述.返馳式(Flyback)轉換器又稱單端反激式或"Buck-Boost"轉換器.因其輸出端在原邊繞組斷開電源 時獲得能量故而得名.離線型返馳式轉換器原理圖如圖.一、返馳式轉換器的優點有:1. 電路簡單,能高效提供多路直流輸出,因此適合多組輸出要求.2. 轉換效率高,損失小.3. 變壓器匝數比值較小.4. 輸入電壓在很大的範圍內波動時,仍可有較穩定的輸出,目前已可實現交流輸入在 85~265V 間.無需切換而達到穩定輸出的要求.二、返馳式轉換器的缺點有:1. 輸出電壓中存在較大的紋波,負載調整精度不高,因此輸出功率受到限制,通常應用於150W以下.2. 轉換變壓器在電流連續(CCM)模式下工作時,有較大的直流分量,易導致磁芯飽和,所以必須 在磁路中加入氣隙,從而造成變壓器體積變大.3. 變壓器有直流電流成份,且同時會工作於CCM / DCM兩種模式,故變壓器在設計時較困難,反 復調整次數較順向式多,迭代過程較复雜.第二節. 工作原理在圖1所示隔離反馳式轉換器(The isolated flyback converter)中, 變壓器" T "有隔離與扼流之雙重 作用.因此" T "又稱為Transformer- choke.電路的工作原理如下:當開關晶體管 Tr ton時,變壓器初級Np有電流 Ip,並將能量儲存於其中(E = L p I p / 2).由於Np與Ns 极性相反,此時二极管D反向偏壓而截止,無能量傳送到負載.當開關Tr off 時,由楞次定律 :(e = -N△Φ/△T)可知,變壓器原邊繞組將產生一反向電勢,此時二極管D正向導通,負載有電流I L流通.返馳式轉換器之穩態波形如圖2.由圖可知,導通時間 t on的大小將決定Ip、Vce的幅值:Vce max = V IN / 1-D maxV IN: 輸入直流電壓 ; D max : 最大工作周期D max = t on / T60459930.xls 1/12 Lisc Oct.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7 计算气隙lg lg=0.4Pi×Lp×Ip2/Ae×△B2或者 lg=0.4Pi×Np2×Ae×10-8/Lp 对于反激：气隙不宜超过1mm,超过的话会导致漏感大, 对EMI 和开关管的Spike不利,气隙超过1mm,意味着变 压器不足以满足该功率。 8 根据J=Irms /3.14×r2 选择导线的线径 考虑趋肤效应的损耗，选择的导线线径应该小于2倍 的趋肤深度，一般线圈的温度在70oC时 ， △=7.09/f1/2 (cm) ,100oC时，△=7.65/f1/2 (cm) 。
• 总结： • CCM 和DCM模式：CCM初级的峰值电流小， 变压器转换效率高，在相同的ESR输出电容 前提下，能得到较小的纹波，但是电感量 的增加，会使铜损增大，在频率不变的前 提下，只能使变压器体积变大。DCM 具有 设计简单，回路稳定性相对CCM 要好。 （CCM时无消除电路固有的不稳定问题.可 用调节控制环增益偏离低频段和降低瞬态 响应速度来解决CCM时因传递函数 “ 右半平 面零点 ”引起的不稳定。）
Part two
一：变压器的设计注意事项： 已知的条件和参数：power size , Vin , η，f
Pout ,Vout ,
根据电源的规格要求，来选择工作的模式， CCM 或者DCM ，比如，要求体积小，输出 功率不大，效率要求不是很高，可采用 DCM 。以下电源的设计以DCM 为例。
• 二：详细变压器计算步骤。 • 1，选择完变压器的工作模式，根据电源 的工作频率和输出功率，选择合适的磁芯。 通常会根据Ae(磁芯有效截面积) Aw(磁芯窗口面积)法 来选择. AeAw=(Pt×104 )/(2×KW ×△B×Kj×f)<=选 择的磁芯AeAw. • 注：Pt（传递功率）:Pin+Pout 。 Kw:窗口有效使用系
• 推算反射电压(Vref)：Vo/Vref=N2/N1 , Vo/Vin=D*Ns/(1-D)Np • ∴Vref=Vin*D/1-D • Vce(max)=Vref+Vin+Vspike • =Vin/1-D 经验flyback Vce<=2.2Vin.(当Dmax <0.4)
• 反激式变换器一般工作于两种工作方式 • 1. 电感电流不连续模式DCM (Discontinuous Inductor Current Mode)或称 " 完全能量转换 ": ton时储存在变压器中的所有 能量在反激周期 (toff)中都转移到输出端. • 2. 电感电流连续模式CCM ( Continuous Inductor Current Mode) 或称 " 不完全能量转 换 " : 储存在变压器中的一部分能量在toff末 保留到下一个ton周期的开始.
• 总结： • 变压器设计比较简单，但是要设计一个高 效率，低成本的变压器，需要经过反复的 测试和实验，如上步骤，设计完之后，要 把参数带进去，计算Dmax在不在范围内， 磁感应强度有没饱和，铁损和铜损失是不 是差不多，温升，效率，EMI ……等等。
• 以上内容只供参考，错误之处请帮忙指出。 谢谢！
• 二、反激式转换器的缺点有: • 1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精 度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于 150W以下. • 2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作 时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以 必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体 积变大. • 3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于 CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较 困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较 复杂.
Q&A
• 结束，闪人！
• • • • • • • •
Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率 公式导出如下: 输出功率 : Po = LIp2η / 2T 输入电压 : VIN = Ldi / dt设 di = Ip,且 1 / dt = f / Dmax,则: VIN = LIpf / Dmax 或 Lp = VIN*Dmax / Ipf 则Po又可表示为 : Po = ηVINf DmaxIp2 / 2f Ip = 1/2ηVINDmaxIp ∴ Ip = 2Po / ηVINDmax
• 比较CCM 和 DCM: • DCM状态下在Tr ton期间,整个能量转移波形中 具有较高的原边峰值电流,这是因为初级电感 值Lp相对较低之故,使Ip急剧升高所造成的负面 效应是增加了绕组损耗(winding lose)和输入滤 波电容器的涟波电流,从而要求开关晶体管必 须具有高电流承载能力,方能安全工作. • 在CCM状态中,原边峰值电流较低,但开关晶体 在ton状态时有较高的集电极电流值.因此导致 开关晶体高功率的消耗.同时为达成CCM,就需 要有较高的变压器原边电感值Lp,在变压器磁芯 中所储存的残余能量则要求变压器的体积较 DCM时要大,而其它系数是相等的
• 第二节. 工作原理 • 在图1所示隔离反驰式转换器(The isolated flyback converter)中, 变压器" T "有隔离与扼流 之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke. 电路的工作原理如下: • 当开关晶体管 Tr ton时,变压器初级Np有电流 2 Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp / 2).由于Np与 Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能 量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向 电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通. 反激式转换器之稳态波形如图2.
• 由图可知,导通时间 ton的大小将决定Ip、Vce的 幅值: • Vce max = VIN / 1-Dmax • VIN: 输入直流电压 ; Dmax : 最大工作周期 • Dmax = ton / T • 由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保 持低的Dmax,也就是Dmax＜0.5,在实际应用中通 常取Dmax = 0.4,以限制Vcemax ≦ 2.2VIN. • 开关管Tr on时的集电极工作电流Ic,也就是 原边峰值电流Ip为: Ic = Ip = IL / n. 因IL = Io,故当 Io一定时,匝比 n的大小即决定了Ic的大小,上式 是按功率守恒原则,原副边安匝数 相等 NpIp = NsIs而导出. Ip亦可用下列方法表示:
数，根据安规要求和输出路数决定，一般取0.2~0.4。 Kj: 电流密度 A/cm2 (自然冷却《=400)，在满足电源尺寸的前 提下，尽量选择长宽之比比较大的磁芯，这样窗口有效使 用系数较高，可以减少漏感 。
• 根据输出功率经验取磁芯：
• P • 对于DCM,初级峰值电流IP= 1/2×D(max)×Vin(min)×Pin，求出IP（连续模式一般IP2取3倍
IP1）
• 再求出Irms=Ip(D/3) 3 根据Ip算出初级电感Lp Lp=Vin×D/Ip×f 4 求出初级线圈NP • NP=Vin×D×Ns /(1-D) × Vin 5 根据初级线圈算出次级线圈NS Ns= (1-D) ×Vin×NP/Vin×D
1/2
6 计算次级电流Is • 根据Is=Np×Ip/Ns,求出Is
Flyback 工作原理及变压器设计
Part one： Flyback 工作原理
• 一、反激式转换器的优点有: • 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此 适合多组输出要求. • 2. 转换效率高,损失小. • 3. 变压器匝数比值较小. • 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有 较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求.