变压器的设计步骤和计算公式

相应输出绕组匝数，看能否满足相应精度，如果这样修改结果仍不满足要求，只
可回到开始阶段，增加一次绕组匝数，重新计算一次绕组匝数,直到满足要求为
止，但是增加一次绕组匝数，会使变压器工作磁通密度向小的方向调整,这可能
造成在较低输入电压时,输出无法达到额定的电压,所以在变压器设计时要适当的
处理好输出电压精度和额定输出电压值的关系。
Npri =
Lpri
AL
1.7 、计算二次主绕组（输出功率最大的绕组）所需匝数Ns1
Ns1 =
N pri V 01 +V D (1−D max )
V in (min ) ×D max
（匝）
1.8 、计算二次其它绕组所需匝数 Nsn
Nsn =
V 0n +V Dn ×N s 1
V 01 +V D 1
(匝)
其实反激式开关电源副边电流工作状态有三种：
A、磁化电流的临界状态 : 此时初级关断电间Toff=次级电感与输出电压之比再除
以次 级峰值电流。
B、磁化电流的非连续状状DCM：Toff>次级电感与输出电压之比再除以次级峰值
电流。
C、磁化电流的连续状状CCM：Toff≤次级电感与输出电压之比再除以次级峰值电
C
其它型号磁芯估算MLT可依此方法类推。
2）按下试计算各绕组铜损
Pcu = (Nn × MLT × R n ) × In2
式中：Pcun --第n绕组铜损，单位为瓦
Nn ---- 第n绕组匝数，单位为匝
MLT ---均绕组长度，单位为m
Rn ---- 第n绕组导线每米长电阻，单位为Ω；
In2 ---第n绕组额定电流，单位为A；
1.5(38)
1.8(47)
2.0(51)
2.4(60)
第二种是计算方式,首先假定变压器是单绕组,每增加一个绕组并考虑安
规要求，就需增加绕组面积和磁芯尺寸，用“窗口利用因数”来修整。
单绕组电感磁芯尺寸按下式计算:
0.68 × × × 105
= =
×
式中:
C0 =
I OUT (max )
f min ×V 纹波(max )
一、变压器的设计步骤和计算公式
1.1 变压器的技术要求:
V
输入电压范围；
输出电压和电流值；
输出电压精度；
效率ηη；
磁芯型号；
工作频率f；
最大导通占空比Dmax；
最大工作磁通密度Bmax;
其它要求。
1.2 估算输入功率，输出电压，输入电流和峰值电流:
4)最高输入电压:
Vin （max ） = ACmax × 1.414 = 240 × 2 = 340 (VDC)
5) 最大平均输入电流: Iin max
=V
6) 最小平均输入电流:Iin min
7) 峰值电流：
=V
K×P out
Ipk = V
in (min )
=
P in
in (min )
P in
DC-12V,额定电流1A，最小电流100mA
DC+24V,额定电流1A，最小电流0.25A
DC+12V,偏置电流100mA
输出电压精度：+5V，+12V：最大+/-5%
+24V：最大+/-10%
效率： η=80%
工作频率：50KHz
工作磁通密度：Bmax=2000G
安规：VDE
2.2 估算输入功率、输入电压、输入电流和峰值电流
径超过趋肤深度，应选用导线截面积相近的多股线绕制。
=
66.1
()

MLT=E+D+（E-D）+2C=2E+2C
E
D
式中:S —— 导线趋肤深度，单位为:mm 。
f —— 开关工作频率，单位为Hz 。
1.11 计算变压器铜损
1）按照选取的磁芯，估算出变压器平均绕组长度MLT。
例如对EE型磁芯MLT估算方法如下：
1.9 、检查相应输出端的电压误差

( × ′ − )

% =
× %

式中:δVsn% : 相应输出电压精度%。
Vsn : 相应输出电压值。
Nsn : 计算的相应输出电压匝数。
N’sn : 选取的整数相应输出电压匝数。
如果输出电压不能满足规定的精度，可以将主输出绕组Ns1增加一匝，再计算
Vin (min )
Pin
Iin min =
Vin (max )
5）估算峰值电流：
K × Pout
Ipk =
Vin (min )
其中: K=1.4(Buck 、推挽和全桥电路）
K=2.8(半桥和正激电路）
K=5.5(Boost，Buck- Boost 和反激电路）
1.3 确定磁芯尺寸
确定磁芯尺寸有两种形式，
in (max )
5.5×65
=
=
67.75
127
67.75
340
= 0.533A
= 0.199A
= 2.81A
127
2.3 确定磁芯型号尺寸
按照表1，65W可选用每边约35mm的EE35/35/10材料为PC30磁芯磁芯
Ae=100mm2, Acw=188mm2, W=40.6g,
2.4 计算初级电感最小值Lpri
致破坏性故障。此外，漏极节点的高幅振铃还会产生大量EMI。对于输出功率在约2W
以上的电源来说，可以使用箝位电路来安全耗散漏感能量，达到控制MOSFET 电压尖
峰的目的。
箝位的工作原理
箝位电路用于将MOSFET 上的最大电压控制到特定值，一旦MOSFET 电压达到阈值，所
有额外的漏感能量都会转移到箝位电路，或者先储存起来慢慢耗散，或者重新送回主
第一种按制造厂提供的图表,按各种磁芯可传递的能量来选择磁芯,
如下表:
输出功率/W
<5
<25
<50
<100
<250
表一输出功率与大致的磁芯尺寸的关系
MPP环形磁芯直径/
E-E、E-L等磁芯(每)/(in/mm)
（in/mm)
0.65(16)
0.5(11)
0.80(20)
1.1(30)
1.1(30)
1.4(35)
H
I pk ×f
式中: f 单位为 Hz
1.5 、计算磁芯气隙Lgap
Lgap =
0.4 × π × Lpri × Ipk × 108
2
Ae × Bmax
其中:
Ae:= 磁芯有效截面积，单位为cm2
Bmax:单位为G；
Lpri : 单位为H。
按照计算的气隙量实测出磁芯的AL值。
1.6 、计算一次绕组所需的最大匝数Npri
= 0.398 × 10−3 m
Lgap =
流对漏极电容充电(图3a)。当初级绕组电压达到由变压器匝数所定义的反射输出电压
(VOR)时，次级二极管关断，励磁能量传递到次级。漏感能量继续对变压器和漏极电容
充电，直到初级绕组电压等于箝位电容电压，此时，阻断二极管导通，漏感能量被转
移到箝位电容(图4a)。经由电容吸收的充电电流将漏
极节点峰值电压箝位到VIN(MAX)+VC(MAX)。漏感能量完全转移后，阻断二极管关断，
=20(us)
•初级绕组的MOS管的最大导通时间对应的就是最低输入电压和最大输出负载；
Ton=D*T=0.5*20=10(us)
输出滤波电容
因是一个可变频率系统，考虑到对输出纹波的要求，因此所有计算滤波电容的值要按
最低频率的要求来配置；输出电容的值决定于输出电流的要求，+5V 与+12V 的输出电
容要根据最大输出电流的要求，计算方法为：
1)输出功率: P0 = 5V × 1A + 2 × 12V × 1A + 24V × 1.5A + 12V × 0.1A = 65W
2)输入功率: Pin =
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P0
η
=
65
0.8
= 81.25W
3)最低输入电压: Vin （min ） = ACmin × 1.414 = 90 × 2 = 127 (VDC)
1）估算总的输出功率：Po=V01×I01+V02×I02……
2）估算输入功率：
Pin =
P0
η
3）计算最小和最大输入电流电压
Vin （min ） = ACmin × 1.414 (VDC)
Vin （max ） = ACmax × 1.414 (VDC)
4）计算最小和最大输入电流
Pin
Iin max =
Lpri =
V in (min ) ×D max
I pk ×f×K bp
=
127
2.81×50×10 3
= 0.452 mH 式中: f单位为Hz
设定变换器工作模式（CCM/DCM），确定电流纹波峰值比Kbp
CCM（电流连续模式）: Kbp < 1
DCM（电流断续模式）: Kbp = 1
此处选 Dmax=0.5
箝位电容放电到箝位电阻，直到下一个周期开始(图4b)。通常会添加一个小电阻与阻
断二极管串联，以衰减在充电周期结束时变压器电感和箝位电容之间产生的任何振荡。
这一完整周期会在箝位电路中造成电压纹波(称为VDELTA)，纹波幅度通过调节并联电
容和电阻的大小来控制
因变压器的工作频率为50KHz，
所以周期T=1/f=1/50*103
n ----- 绕组序号，n=1,2,3……