反激变压器设计过程
反激式开关电源变压器设计步骤(重要)
反激式开关电源变压器设计反激式变压器是反激式开关电源的核心,它决定了反激式变换器一系列的重要参数,如占空比D ，最大峰值电流，设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。
这样可以让其发热量尽量小，对器件的磨损也尽量小。
同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源性能会有很大的下降，如损耗会加大,最大输出功率会下降.设计变压器，就是要先选定一个工作点，在这个点就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。
第一步，选定原边感应电压V OR 。
这个值是有自己来设定的，这个值就决定了电源的占空比.可能朋友们不理解什么是原边感应电压。
我们分析一个工作原理图。
当开关管开通的时候,原边相当于一个电感，电感两端加上电压,其电流值不会突变，而线性上升:I 升=Vs*Ton/L 。
这三项分别是原边输入电压，开关开通时间和原边电感量。
在开关管关断的时候,原边电感放电，电感电流会下降，此时有下降了的电流:I 降=V OR *T OFF /L 。
这三项分别是原边感应电压（即放电电压）、开关管管段时间和电感量。
经过一个周期后，原边电感电流会回到原来的值，不可能会变，所以有：Vs ＊T ON /L=V OR ＊T OFF /L 。
即上升了的等于下降了的。
上式中用D 来代替T ON ，用(1-D ）来代替T OFF .移项可得:D=V OR /（V OR +Vs)。
这就是最大占空比了.比如说我设计的这个变压器，我选定电感电压V OR =20V ，则Vs 为24V ，D=20/（20+24）=0。
455。
第二步，确定原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数，平均电流，有效值电流,峰值电流，首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下。
这是一个梯形波横向表示时间，总想表示电流大小，这个波形有三个值，一个是平均值I 平均,二是有效值I ，三是峰值Ip 。
首先要确定平均值I 平均：I 平均=Po/(η＊Vs ）。
反激变压器设计过程
反激变压器设计过程电源参数根据功率、输入输出的情况，我们选择反激电源拓扑。
反激式变压器的优点有: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。
设计步骤：1、决定电源参数。
2、计算电路参数。
3、选择磁芯材料。
4、选择磁芯的形状和尺寸。
5、计算变压器匝数、有效气隙电感系数及气隙长度。
6、选择绕组线圈线径。
7、计算变压器损耗和温升。
原理图步骤一、确定电源参数：（有些参数为指标给定，有些参数从资料查得）注：电流比例因数：纹波比例，在重载和低收入情况下的纹波电流和实际电流的比例。
步骤二、计算电路参数：最低直流输入电压：Z为损耗分配因数，如果Z=1.0表示所有损耗都在副边，如果Z=0表示所有的损耗都在原边，在这里取Z=0.5表示原副边都存在损耗。
步骤三、选择磁芯材料：铁氧体材料具有电阻率高，高频损耗小的特点，且有多种材料和磁芯规格满足各要求，加之价格较其它材料低廉，是目前在开关电源中应用最为广泛的材料。
同时也有饱和磁感应比较低，材质脆，不耐冲击，温度性能差的缺点。
采用的是用于开关电源变压器及传输高功率器件的MnZn功率铁氧体材料PC40,其初始磁导率为2300±25％，饱和磁通密度为510mT（25℃时）/390mT（100℃时）,居里温度为215℃。
选择磁芯材料为铁氧体，PC40。
步骤四、选择磁芯的形状和尺寸：高频功率电子电路中离不开磁性材料。
磁性材料主要用于电路中的 变压器、扼流圈(包括谐振电感器)中。
变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的。
磁性材料(Magnetic materials)有个磁饱和问题。
如果磁路饱和，会导致变压器电量传递畸变，使得电感器电感量减小等。
对于电源来说，有效电感量的减小，电源输出纹波将增加， 并且通过开关管的峰值电流将增加。
反激变压器设计过程
反激变压器设计过程1、初始值设定1.1 开关频率fkHz对于要接受EMI规格适用的产品,不要设定在150kHz预计余量的话120kHz左右以上;一般设定在65kHz左右;1.2 输入电压范围设定主要对瞬时最低输入电压／连续最低输入电压／最大输入电压的3类进行设定;1.3 最大输出电流设定对于过电流保护最大输出电流／连接最大输出电流／峰值最大输出电流在规格书上有规定的情况下3种类,进行设定;另外,在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量;1.4 最大二次绕组输出端电压设定用以下公式算出：最大二次绕线端输出电压：V N2max V ＝接插件端输出电压＋线间损失0.1～0.5V ＋整流元器件Vf 0.4～0.6V※ 在有输出电压可变的情况下,根据客户要求规格书的内容不同,适用的范围而各不相同;只保证输出电压 ※只在装置试验时电压可变的情况下; 磁芯用最大输出电压来设计;绕线是用额定输出电压来设计;保证所有的性能※在实际使用条件下通常的电压可变的情况下; 磁芯、绕线都用最大输出电压来设计;1.5 一次电流倾斜率设定输入电压,瞬时最低动作电压、输出电流,在过电流保护最大输出电流／连接最大输出电流／峰值最大输出电流的任意一个最大输出电流的条件下,设定图1－１的一次电流波形的斜率;K 的设定公式如下;作为目标,设定到0.5～0.6,兼顾到之后的其他特性,作最适当的变更;1.6 最大占空比设定一般设定为0.45～0.65;1.7 最大磁通密度设定Bmax设定为磁芯的产品目录上所记载的饱和磁通密度×0.8～0.9;设计的要点：单一输入的情况下设定为0.45、普遍输入的情况下设定为0.65左右;图1-2中表示了TDK 制的磁珠磁芯PC44的B-H 曲线图; 磁芯的磁通密度BT,如图1-2所示,与磁场强度HA/m 成比例,增加;另外,当B 达到一定的值时,在那基础上,即使增加H,B 也不会增加;在此磁束饱和状态下,不仅仅达不到作为变压器的机能,还有开关FET 破损的危险性,因此磁芯绝对必须在此饱和磁通密度以下来使用;另外,从产品目录上引用数据时,需要在符合使用条件的温度下选择饱和磁通密度,因此请注意;※磁芯的饱和磁通密度是根据温度而变动;在TDK 制PC44的120℃下的饱和磁通密度,将降低到25℃时的值的68.6％;因此,如果在25℃的条件下设计的话,有可能发生使用时的故障;1.8 绕线电流密度设定绕线电流密度对绕线的温度上升有一定影响,因此一定要考虑冷却条件、使用温度范围、变压器构造等,再进行适当的设定;设计要点：・ 变压器的发热,是根据,根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定2、变压器特性设计2.1 计算一次绕组的电流峰值变压器总输出功率P 2W 是瞬时最大值;在输出电流规格书中有设定峰值条件的情况下,用I o peak ×V N2max ;另外,多输出的情况下,将各电路的输出功率的总和作为变压器总输出功率;变压器效率一般为0.95;2.2 计算一次/二次绕组的匝数比匝数比根据输出入电压和最大占空比来决定;2.3 计算一次绕组的电感量3、变压器构造设计3.1 计算一次绕组的电流有效值 计算一次绕线电流有效值I N1 TYP RMS ;不用考虑瞬时最低动作输入电压、过电流、峰值最大电流;首先求出占空比α;接着用以上所求出的占空比α,求出一次绕线电流有效值;作为标准,从１．１．８项中设定的绕线电流密度I/SA/mm 2和一次绕线电流有效值I N1typrms A 中,计算出一次绕线截面积S N1mm 2;3.2 计算二次绕组的电流有效值※省略以下的详细计算,可以将直流输入电流的1．6倍作为一※可以省略以下的详细计算,将直流输出电流的1．4倍作为二在实使用条件的通常驻机构状态下,用在１．３．１项中算出的占空比α、一次绕线电流有效值IN1typrmsA,算出连续流出的最大的二次绕线电流有效值;替换为与各自的二次绕线和一次卷的绕线比,进行计算,另※多输出变压器的情况下,将N12中加上对于全功力的其电路输出功力的比率;外在所求得的IN2typrmsA作为标准,从在1．１．８项中设定的绕线电流密度I/SA/mm2与二次绕线电流有效值IN2typrms中,计算出二次绕线断面积Smm2;N2设计要点：・变压器的发热,是根据,根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定的;绕线电流密。
反激变压器设计过程
反激变压器设计过程1、初始值设定1.1 开关频率f[kHz]对于要接受EMI规格适用的产品，不要设定在150kHz（预计余量的话120kHz左右）以上。
一般设定在65kHz左右。
1.2 输入电压范围设定主要对瞬时最低输入电压／连续最低输入电压／最大输入电压的3类进行设定。
項目内容瞬时最低输入电压V inmin1[V]考虑了停电保持的最低DC输入电压。
为设计的基准。
连续最低输入电压V inmin2[V] 规格书上的最低AC输入电压×1.2倍。
用于算出绕线的电流容量。
最大输入电压V inmax[V] 规格书上的最大AC输入电压×1.414倍。
用于开关元器件／整流元器件的耐电压算出。
1.3 最大输出电流设定对于过电流保护最大输出电流／连接最大输出电流／峰值最大输出电流（在规格书上有规定的情况下）3种类，进行设定。
另外，在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量。
项目内容过电流保护最大输出电流I o max1[A]考虑了偏差的最大电流×余量1.1～1.2。
连续最大输出电流I o max2[A] 额定输出电流×余量 1.1～1.2。
为设计的基准。
但是，在有峰值最大电流的情况下，只将峰值最大电流作为设计基准使用。
连接最大电流只用于算出绕线的电流容量。
峰值最大输出电流I o peak[A]峰值最大电流×余量1.1～1.2。
为设计的基准。
1.4 最大二次绕组输出端电压设定用以下公式算出：最大二次绕线端输出电压：V N2max[V]＝接插件端输出电压＋线间损失0.1～0.5V＋整流元器件Vf 0.4～0.6V※在有输出电压可变的情况下，根据客户要求规格书的内容不同，适用的范围而各不相同。
客先要求规格书内容 只保证输出电压※只在装置试验时电压可变的情况下。
磁芯用最大输出电压来设计。
绕线是用额定输出电压来设计。
保证所有的性能 ※在实际使用条件下通常的电压可变的情况下。
反激变压器设计步骤及变压器匝数计算
1、确定电源规格、、输入电压范围Vin=85—265Vac;、输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;、变压器的效率ŋ=0、902、工作频率与最大占空比确定、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与+12v整流二极管的正向压降均为1、0V、+5V输出功率Pout1=(V01+Vf)*I01*120%=6*10*1、2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/Ip1=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与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与有效值Ip(rms)、1)、在输入电压为最低Vin(min)与占空比为Dmax条件下,计算Ip值与K值、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与有效值电流计算: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与(Np*Ip=Ns1*Is1p+Ns2*Is2p)、由于多路输出的次级电流波形就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: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、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、变压器初级线圈与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)1/2 k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、。
反激变压器设计步骤及变压器匝数计算
1. 确定电源规格..输入电压范围Vin=85—265Vac;.输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;.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+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W+12V输出功率Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/Ip1=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=P t*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. 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: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.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)1/2 k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.。
反激变压器设计
电力反激变压器设计过程的详细说明
反激式变压器的优点是：
1.电路简单，可有效提供多通道直流输出，因此适合多组输出要求。
2.转换效率高，损耗小。
3.变压器匝数比小。
4.输入电压在较大范围内波动时，仍可以保持稳定的输出。
设计步骤：
1.确定电源参数。
2.计算电路参数。
3.选择磁芯材料。
4.选择磁芯的形状和尺寸。
5.计算变压器匝数，有效气隙电感和气隙长度。
6.选择绕组线圈的线径。
7.计算变压器损耗和温升。
步骤1：确定电源参数：（某些参数由指示器给出，某些参数从数据中找到）
注：电流比例因子：纹波比，重载低收入情况下纹波电流与实际电流之比。
步骤2：
Z是损耗分配因子。
如果Z = 1.0表示所有损耗都在次级侧，如果Z = 0表示所有损耗都在初级侧，则Z = 0.5表示所有损耗都在次级侧。
第三步，选择磁芯材料：
铁氧体材料具有高电阻率和低高频损耗的特性，由于其多种材料和满足各种要求的铁芯规格而被广泛用于开关电源，并且其价格低于其他材料。
同时，它还具有饱和磁感应强度低，材料易碎，抗冲击性差和温度性能差的缺点。
MnZn功率铁氧体材料PC40用于开关电源变压器和大功率传输设备，其初始磁导率为2300 25％，饱和磁通密度为510mt（在25℃）/ 390mt（在100℃），居里温度为215℃。
选择铁氧体，PC40作为核心材料。
步骤4，选择磁芯的形状和尺寸：
磁性材料在高频电力电子电路中必不可少。
磁性材料主要用于电路中的变压器和扼流圈（包括谐振电感器）。
反激变压器设计步骤及变压器匝数计算
反激变压器设计步骤及变压器匝数计算
一、反激变压器设计步骤
1、确定变压器的参数：反激变压器的主要参数包括输入电压V1，输
出电压V0，额定电流I0，额定损耗PX，以及工作频率f；
2、确定变压器的技术形式：确定变压器的形式，包括结构、安装形
式和外形尺寸；
3、确定变压器的铁芯：根据变压器的输入电压、输出电压、额定功
率和工作频率确定变压器的铁芯型号；
4、确定电缆及配件：根据变压器的类型和参数确定变压器的绕组铜
芯和绝缘材料，以及配件；
5、测试与验收：即电气性能检验，检查外观美观度、尺寸尺寸精度、温度等；
6、求解变压器匝数：可以使用等比法求求解变压器的匝数。
1、等比法：等比法即可求得变压器的匝数，具体步骤如下：
（1）计算输入绕组和输出绕组的有效感抗；
（2）计算输入绕组和输出绕组的匝数；
（3）根据变压器匝数的计算结果调整变压器的匝数；
（4）根据调整后的匝数计算变压器的有效感抗；
（5）如果有效感抗和设计值相符，则变压器的匝数就是最终的匝数；
（6）如果不相符，则根据计算结果再次调整变压器的匝数。
反激式变压器的设计
反激式变压器的设计反激式变压器（Flyback Transformer）是一种常见的开关电源变压器，具有简单的结构、低成本和高效率等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
在进行反激式变压器的设计时，需要确定变压器的参数，包括输入输出电压、功率容量、工作频率等。
本文将详细介绍反激式变压器设计的步骤和注意事项。
设计步骤如下：1.确定输入输出电压：根据电子设备的要求和规格，确定变压器的输入和输出电压。
输入电压一般为交流电压，输出电压可以是直流电压或交流电压。
2.确定功率容量：根据电子设备的功率需求，确定变压器的功率容量。
功率容量是指变压器能够输出的最大功率，它与变压器的尺寸和导线截面积有关。
3.确定工作频率：反激式变压器通常工作在几十千赫兹到数百千赫兹的频率范围内。
选择合适的工作频率可以提高变压器的效率和稳定性。
4.计算变比：根据输入输出电压的比例关系，计算变压器的变比。
变比是指变压器的一次匝数与二次匝数之间的比例关系，它决定了输入输出电压的变换比例。
5.选择磁芯材料：磁芯是变压器的重要组成部分，它决定了变压器的性能和效率。
选择合适的磁芯材料可以提高变压器的磁耦合效果和磁导率。
6.计算匝数：根据输入输出电压的变比和磁芯的尺寸，计算一次匝数和二次匝数。
匝数决定了变压器的输入输出电压和电流。
7.计算绕线参数：根据匝数和导线截面积，计算变压器的绕线电阻和电感。
绕线电阻决定了变压器的功率损耗和温升，电感决定了变压器的高频特性和耦合效果。
8.确定绝缘等级：根据输入输出电压的大小和工作环境的要求，确定变压器的绝缘等级。
绝缘等级决定了变压器的安全性和可靠性。
9.进行结构设计：根据变压器的参数和要求，进行变压器的结构设计。
包括磁芯的形状、绕线的布局和绝缘的设计等。
10.进行实验验证：根据设计的参数和要求，制作样品变压器进行实验验证。
通过实验数据的分析和比较，优化设计参数和结构，最终得到满足要求的变压器。
设计反激式变压器时需要注意以下几点：1.磁芯损耗：磁芯材料有磁滞损耗和涡流损耗，在高频工作下会产生较大的损耗。
反激式开关电源变压器设计步骤及公式
反激式开关电源变压器设计步骤及公式(4种计算方法比较)1.确定已知参数: （主要PWM方式）确定已知参数:（主要RCC方式）来自现代高频开关电源实用技术1,确定系统规格输出功率:输入功率: P୧=输入平均电流: Iୟ୴ൌሺౣሻ同左边占空比D୫ୟ୶=୲=0.5 f୫୧୬:25KHz输入直流电压Vୈେ=√2Vୟୡ在了解输出功率后确定所需磁芯A p=A e*A w（cm4）Ae:磁芯中心柱横截面积(cm2)；A w:磁芯窗口面积(cm2)最小AC输入电压:V ACMIN,单位:V最大AC输入电压:V ACMAX,单位:V输入电压频率:f L,50Hz or 60Hz输出电压:V O,最大负载电流:I O输出功率:P O,单位:WIo:Po=Vo*Ioη:0.85P୧ൌP୭η2.峰值电流1T=10000G s输入峰值电流:Iൌכሺౣሻ对于BUCK(降压),推挽,全桥电路K=1.4对于半桥和正激K=2.8对于Boost,BUCK-Boost和反激K=5.5 I୮ൌ2כP୭כTηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>כଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cmସ) ；Ae是磁芯截面积（cm2）,Aw是磁芯窗口面积（cm2）；f的单位为Hz，Bm的单位为Gs，取(1500)不大于3000Gs，δ导线电流密度取:2～3A/mmଶ ，K୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1IୋൌP୧V୧୬୫୧୬IൌIୟ୴D୫ୟ୶כ2T୭୬ൌଵD୫ୟ୶(uint:µs)1S=106µsLൌౣכ୍ౌే(µH)3.计算初级电感因所以t୭୬ൌDכTൌଵଶכ若f取25KHz,则t୭୬为20μS选磁芯也可用公式Fosc<50KHz S=1.15*√Po(cmଶሻFosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻFosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻNPൌౌכ୍ౌేככ10L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2NsൌሺV୭Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶NaൌሺVୟVୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶L =ሺౣሻכୈ୍ౌేכ౩ౙ其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A匝比：n=ሺౣሻ=౩౦4. 计算初级匝数初级电感:L ୮ൌሺౣሻכ୲୍౦检验磁芯正规名牌磁性材料的Bm 不得大于3000Gs ，国产杂牌不大于2500Gs 更保险A 值是在磁芯上绕1000匝测得(美国)则N ൌ1000ටౌై此式中L 单位为mH变压器次级圈数：Ns>୬כ୍౦כ౦ୗכౣ*10其中S 为磁芯截面积，Ｂ୫值为3000Gs若A 值是用100匝测得且单位是nH/N ଶ,则N ൌ100ටౌై此式中L 单位为mH,A 单位为mH/N ଶ,在计算时要将A 的值由nH 转换为mH 后再代入式中计算;例如:某A 值为1300 nH/N ଶ, L 值为2.3mH,则A =1300nH/N ଶ=1.3 mH/N ଶ代入中计算得N 为133T 初级匝数为:Np=౩୬B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm2 )B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以5. 匝比n=౩ౌ=ሺౣሻ晶体管的基极电流I =୍౦୦ూు6. 次级绕组匝数N ୱ=N *n N ୱଵ=౦כሺାౚሻכሺଵିୈౣ౮ሻሺౣሻכୈౣ౮多路输出时N ୱ୶=ሺ౮ାౚ౮ሻכ౩భభାౚభ其中x 代表几路I ୰୫ୱൌI √27. 原边供电绕组N ୟ=N ୱכ在多路输出时Vo 为主输出电压计算线径（包括初级次级）同左边8. 选择磁芯型号要满足,磁芯中心柱截面积S=0.09*√Po (cm ଶሻ或满足公式A=A ୣכA ୵ൌכଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cm ସ ) ；Ae 是磁芯截面积（cm 2）,Aw 是磁芯窗口面积（cm 2）；f 的单位为Hz ，Bm 的单位为Gs ，取(1500)不大于3000Gs ，δ导线电流密度取:2～3A /mm ଶ ，K ୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc 磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1做较大瓦数的 Power 。
单端反激式DC-DC开关电源变压器的设计全过程
单端反激式DC/DC 开关电源变压器的设计全过程，xuguoping 分享与世纪电源网的网友 变压器的参数计算：（1） 变压器的设计要求：输出电压：10V ～3KV ，8mA （变压器输出之后三倍压）输入电压：24 1V±工作频率：50KHZ最大占空比：45％变换效率：80％（2） 基本参数计算：输入最小电压：min IN V =－IN V V ＝24－1－0.5＝22.5V输出功率：OUT OUT OUT P U I =30000.00824()W =×=输入功率：OUT IN P P η=2430()0.8W == （3） 选择磁芯：由于输出功率为24W ，需要留有一定的余量，选择磁芯的型号为：EI-28。
其具体参数如下：材料：PC40；尺寸：28.0*16.75*10.6（mm）；P A ：0.6005（）；：86 4cm e A 2mm W A ：69.83； ：4300；2mm L A 2/nH N S B ：500mT （） 390mT （10） 25o C 0o C 使用时为防止出现磁饱和，实取磁通密度m B = 250 mT（4） 粗略估计匝数比以及最大占空比（通过实际计算）min (1)OUT MAX IN MAX V D N V D −= 30000.5522.50.45×=× 162.9=（求出结果后然后取整为Nm ）因为匝数比可以根据设计理念修正为M N ＝165，从而可以产生新的MAX Dmin OUT MAX M IN OUT V D N V V =+ 300022.51653000=×+44.7%=（5） 计算初级平均电流，峰值电流和电流的有效值由于输出功率为24W ，用电流连续模式（CCM ）比较适合。
这里取为0.6RP K .min min IN OUT P AVG IN IN P P I V V η== 240.822.5=×1.333A =.1[1]2P AVG P RP MAX I I K D =− 1.333(10.50.6)0.447=−××4.26A=.P RMS P I I ==2.054A =.P RMS I －电流有效值，P I －峰值电流，.P AVG I －平均电流，（RP K R RP PI K I =）电流比例因数，MAX D －最大占空比； 利用Krp 的值可以定量描述开关电源的工作模式，若Krp=1.0，即峰值电流和脉动电流相等，开关电源工作在断续模式；若Krp<1.0,峰值电流大于脉动电流，开关电源工作在连续模式。
反激变压器设计过程
反激变压器设计过程反激变压器设计是电力电子领域中重要的设计工作之一，其主要应用于电源供电系统中的低功率电子设备。
反激变压器通过将输入电能进行储能，然后经过开关管的开关转换，输出所需电能，以达到升、降压的目的，同时实现电能的传输和转换。
第一步：确定设计参数：在设计反激变压器之前，首先需要明确设计要求和参数。
包括输入电压、输出电压、输出功率、工作频率等。
这些参数决定了反激变压器的尺寸、绕组参数和开关器件的选择。
第二步：计算变压器参数：根据设计要求和参数，计算出所需的变压器参数。
包括输入输出电压比、绕组匝数、绕组电流、铁芯面积等。
这些参数可以通过经验公式和设计手册进行计算，也可以通过电磁场仿真软件进行计算。
第三步：选择合适的铁芯材料：根据计算得到的铁芯面积和设计要求，选择合适的铁芯材料。
铁芯材料的选择需要考虑材料的磁导率、饱和磁感应强度、损耗等参数。
常用的铁芯材料有软磁合金、铁氧体等。
第四步：设计绕组参数：根据计算得到的绕组匝数和绕组电流，设计绕组的结构和参数。
包括导线截面积、绕组层数、绕组间隔、绕组材料等。
绕组的设计需要考虑到绝缘和散热等问题，确保绕组的安全和性能。
第五步：选择合适的开关管：根据设计要求，选择合适的开关管。
开关管的选择需要考虑到工作电压和电流、开关速度、导通压降、损耗等参数。
常用的开关管有IGBT、MOSFET等。
第六步：设计反激变压器的控制电路：设计反激变压器的控制电路，包括开关管的驱动电路和保护电路。
开关管的驱动电路需要保证开关管能够正确地切换和控制，保护电路需要保证开关管和变压器的安全和稳定工作。
第七步：进行电磁兼容性设计：在设计反激变压器时，需要考虑电磁兼容性问题。
包括电磁辐射和电磁干扰等问题。
通过合理的布局、绕组屏蔽和滤波设计，可以降低电磁辐射和电磁干扰。
第八步：进行样机制作和测试：根据设计结果制作样机，并进行测试。
通过测试得到的结果，可以对设计进行修正和优化，以进一步提高反激变压器的性能和可靠性。
Mathcad反激变压器设计步骤.pdf
根据(2-3)uF/W来选择输入电容 Cin 22μF
假设 Tc 3ms
Vinminc
(
2 Vacmin)2
2Pin
Tline 2
Cin
Tc
77.577 V
VDimnamxin
77Vn (Vo n (Vo Vf)
Vf) Vinmin
0.49
Step4:计算初级临界电流均值和峰值
¾ 按照最小输入电压，最大输出功率(Pomax)的条件计算 ¾ Po=1/3Pomax时，变换器工作在BCM ¾ Po<1/3Pomax时，变换器工作在DCM ¾ Po>1/3Pomax时，变换器工作在CCM
Iin_avg
1 3
Pin
Vinmin
0.069A
Ipk1
2 Iin_avg Dmax
ΔIp1 Ipk1 0.281A
Step5:最大导通时间和电感量
Tonmax
Dmax fs
9.868
10 6s
Lp
Vinmin Tonmax ΔIp1
2.7 mH
Step6:变压器磁芯面积 Ko 0.4
Vdcmax 2Vacmax 373.352V
Tline
1 Fline
Pin 16W
2.参数定义
3.设计步骤 Step1:选择开关管和输出整流二极管
Vmos 600V Vd 100V Vf 0.5V
开关管漏源耐压 输出二极管反向耐压 输出二极管正向压降
Step2:计算匝比
0.8Vd
Vinmax n
Npc
Vinmin Tonmax Ae Bm
141.766
Np 140
Nsc
反激变压器设计步骤及变压器匝数计算
1.确定电源规格..输入电压范围Vin=85—265Vac;.输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A;.变压器的效率=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.Tonmax=0.4510=4.5usToff=10-4.5=5.5us.3.计算变压器初与次级匝数比nNp/Ns=n.最低输入电压Vinmin=85√2-20=100Vdc取低频纹波为20V.根据伏特-秒平衡,有:VinminDmax=Vout+Vf1-Dmaxn.n=VinminDmax/Vout+Vf1-Dmaxn=1000.45/5+1.00.55=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+VfI01120%=6101.2=72W+12V输出功率Pout2=V02+VfI02=131=13W变压器次级输出总功率Pout=Pout1+Pout2=85W1/2Ip1+Ip2VinminTonmax/T=Pout/Ip1=2Pout/1+kVinminDmax=285/0.901+0.41000.45=3.00AIp2=0.4 Ip1=1.20A5.变压器初级电感量的计算.由式子Vdc=Lpdip/dt,得:Lp=VinminTonmax/Ip1-Ip2=1004.5/3.00-1.20=250uH6.变压器铁芯的选择.根据式子AwAe=Pt106/2kokcfoscBmj,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=1500Gsj电流密度:j=5A/mm2;AwAe=85106/20.411001031500Gs50.90=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=AeAw=1.480.854=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=LpIp1-Ip2/AeBm,得:Np=2503.00-1.20/85.40.15=35.12取Np=36由Lp=uourNp2Ae/lg,得:气隙长度lg=uourAeNp2/Lp=43.1410-7185.4mm2362/250.010-3mH=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=LpIp/AeNp=25010-63.00/85.4mm236=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.Ns15v=Np/n=36/13.64=2.64取Ns1=3Ns212v=12+1Ns1/5+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:Vinmin=100Vdc.由VinminDmax=Vout+Vf1-Dmaxn,得:Dmax=Vout+Vfn/Vout+Vfn+Vinmin=612/612+100=0.4182.当输入电压为最高时:Vinmax=2651.414=374.7Vdc.Dmin=Vout+Vfn/Vout+Vfn+Vinmax=612.00/612.00+374.7=0.1610.重新核算变压器初级电流的峰值Ip和有效值Iprms.1.在输入电压为最低Vinmin和占空比为Dmax条件下,计算Ip值和K 值.设Ip2=kIp1.实际输出功率Pout'=610+131=73W1/2Ip1+Ip2VinminTonmax/T=Pout'/1K=1-VinminTonmax/Ip1Lp2由12得:Ip1=1/2{2Pout'T/VinminTonmax+VinminTonmax/Lp}=0.5{27310/0.901004.18+1004.18/250.0}=2.78AK=1-1004.18/2.78 250=0.40Ip2=kIp1=2.780.40=1.11A2.初级电流有效值Iprms=Ton/3TIp12+Ip22+Ip1Ip21/2=0.418/32.782+1.112+2.781.111/2=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-TurnsNI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NpIp=Ns1Is1p+Ns2Is2p.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:1/2Is2p+Is2btoff/T=I023Ls1Is2p–Is2b/toff=V02+Vf4Ls2/Lp=Ns2/Np25由345式得:Is2p=1/2{2I02/1-D+V02+Vf1-DTNp2/Ns22Lp}=0.5{21/1-0.418+12+11-0.41810362/72250}=5.72AIs2b=I01/1-D-1/2V01+ Vf1-DNp2/Ns22Lp=1/0.582-0.5130.58210362/72250=-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.令+12V整流管导通时间为t’.将Is2b=0代入345式得:1/2Is2pt’/T=I026Ls1Is2p/t’=V02+Vf7Ls2/Lp=Ns2/Np28由678式得:Is2p={V02+Vf2I02TNp2/LpNs22}1/2={2112+110362/72250}1/2=5.24At’=2I02T/Is2p=2110/5.24=3.817us2.+12V输出回路次级线圈的有效值电流:Is2rms=t’/3T1/2Is2p=3.817/3101/25.24=1.87A3.+5v输出回路次级线圈的有效值电流计算:Is1rms=Is2rmsI01/I02=1.8710/1=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=Iprms/j=1.3A/5A/mm2=0.26mm2变压器次级线圈:+5V导线截面积=Is1rms/j=18.7A/5A/mm2=3.74mm2+12V导线截面积=Is2rms/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=66.1k/f1/2k为材质常数,Cu在20℃时k=1.=66.1/1001031/2=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=0.264/0.40.43.14=0.26/0.1256=2取Φ0.402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Φ0.4010根并绕3圈,分三层并联绕线.+12V:线圈根数=0.374/0.1256=3取Φ0.401根并绕7圈,分三层并联绕线.5.变压器绕线结构及工艺.。
反激变压器设计AC-DC_5W磁参数计算全过程
AC-DC 5W磁参数计算
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批 准:
日 期: 2011.04.29
第一部分 变压器的设计
一、变压器设计步骤：
由于XRA05/110S05是采用反激的电路拓扑结构，故变压器按反激变压器进行设计。
具体步骤如下：
1、决定电源参数。
2、计算电路参数。
3、选择磁芯材料。
4、选择磁芯的形状和尺寸。
5、计算变压器匝数、有效气隙电感系数及气隙长度。
6、选择绕组线圈线径。
7、计算变压器损耗和温升。
下面就按上述步骤进行变压器的设计。
二、设计过程：
1、电源参数：（有些参数为指标给定，有些参数从资料查得）
Vacmin
最小交流输入电压值:
85 V
=
Vacma
265 V
最大交流输入电压值:
x=
电网频率:F L=50～440 Hz
变压器工作频率:F s=60000 Hz
输出电压:Vo= 5.1 V。
反激式开关电源变压器设计步骤及公式
反激式开关电源变压器设计步骤及公式(4种计算方法比较)1.确定已知参数: （主要PWM方式）确定已知参数:（主要RCC方式）来自现代高频开关电源实用技术1,确定系统规格输出功率:输入功率: P୧=输入平均电流: Iୟ୴ൌሺౣሻ同左边占空比D୫ୟ୶=୲=0.5 f୫୧୬:25KHz输入直流电压Vୈେ=√2Vୟୡ在了解输出功率后确定所需磁芯A p=A e*A w（cm4）Ae:磁芯中心柱横截面积(cm2)；A w:磁芯窗口面积(cm2)最小AC输入电压:V ACMIN,单位:V最大AC输入电压:V ACMAX,单位:V输入电压频率:f L,50Hz or 60Hz输出电压:V O,最大负载电流:I O输出功率:P O,单位:WIo:Po=Vo*Ioη:0.85P୧ൌP୭η2.峰值电流1T=10000G s输入峰值电流:Iൌכሺౣሻ对于BUCK(降压),推挽,全桥电路K=1.4对于半桥和正激K=2.8对于Boost,BUCK-Boost和反激K=5.5 I୮ൌ2כP୭כTηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>כଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cmସ) ；Ae是磁芯截面积（cm2）,Aw是磁芯窗口面积（cm2）；f的单位为Hz，Bm的单位为Gs，取(1500)不大于3000Gs，δ导线电流密度取:2～3A/mmଶ ，K୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1IୋൌP୧V୧୬୫୧୬IൌIୟ୴D୫ୟ୶כ2T୭୬ൌଵD୫ୟ୶(uint:µs)1S=106µsLൌౣכ୍ౌే(µH)3.计算初级电感因所以t୭୬ൌDכTൌଵଶכ若f取25KHz,则t୭୬为20μS选磁芯也可用公式Fosc<50KHz S=1.15*√Po(cmଶሻFosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻFosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻNPൌౌכ୍ౌేככ10L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2NsൌሺV୭Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶NaൌሺVୟVୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכNV୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶L =ሺౣሻכୈ୍ౌేכ౩ౙ其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A匝比：n=ሺౣሻ=౩౦4. 计算初级匝数初级电感:L ୮ൌሺౣሻכ୲୍౦检验磁芯正规名牌磁性材料的Bm 不得大于3000Gs ，国产杂牌不大于2500Gs 更保险A 值是在磁芯上绕1000匝测得(美国)则N ൌ1000ටౌై此式中L 单位为mH变压器次级圈数：Ns>୬כ୍౦כ౦ୗכౣ*10其中S 为磁芯截面积，Ｂ୫值为3000Gs若A 值是用100匝测得且单位是nH/N ଶ,则N ൌ100ටౌై此式中L 单位为mH,A 单位为mH/N ଶ,在计算时要将A 的值由nH 转换为mH 后再代入式中计算;例如:某A 值为1300 nH/N ଶ, L 值为2.3mH,则A =1300nH/N ଶ=1.3 mH/N ଶ代入中计算得N 为133T 初级匝数为:Np=౩୬B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm2 )B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500Gauss 之间，若所设计的power 为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以5. 匝比n=౩ౌ=ሺౣሻ晶体管的基极电流I =୍౦୦ూు6. 次级绕组匝数N ୱ=N *n N ୱଵ=౦כሺାౚሻכሺଵିୈౣ౮ሻሺౣሻכୈౣ౮多路输出时N ୱ୶=ሺ౮ାౚ౮ሻכ౩భభାౚభ其中x 代表几路I ୰୫ୱൌI √27. 原边供电绕组N ୟ=N ୱכ在多路输出时Vo 为主输出电压计算线径（包括初级次级）同左边8. 选择磁芯型号要满足,磁芯中心柱截面积S=0.09*√Po (cm ଶሻ或满足公式A=A ୣכA ୵ൌכଵలଶככ౩כౣכஔכౣכౙ(cm ସ ) ；Ae 是磁芯截面积（cm 2）,Aw 是磁芯窗口面积（cm 2）；f 的单位为Hz ，Bm 的单位为Gs ，取(1500)不大于3000Gs ，δ导线电流密度取:2～3A /mm ଶ ，K ୫窗口填充系数取0.2～0.4，Ｋc 磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1做较大瓦数的 Power 。
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精心整理
反激变压器设计过程
1、初始值设定
1.1开关频率f[kHz]
对于要接受EMI规格适用的产品，不要设定在150kHz（预计余量的话120kHz左右）以上。
一般设定在65kHz左右。
1.2输入电压范围设定
主要对瞬时最低输入电压／连续最低输入电压／最大输入电压的3类进行设定。
项目内容
瞬时最低输入电压
V inmin1[V]
考虑了停电保持的最低DC输入电压。
为设计的基准。
连续最低输入电压V inmin2[V] 规格书上的最低AC输入电压×1.2倍。
用于算出绕线的电流容量。
最大输入电压V inmax[V] 规格书上的最大AC输入电压×1.414倍。
用于开关元器件／整流元器件的耐电压算出。
1.3最大输出电流设定
对于过电流保护最大输出电流／连接最大输出电流／峰值最大输出电流（在规格书上有规定的情况下）3种类，进行设定。
另外，在这最大输出电流中需包括对于各自偏差的余量。
项目内容
过电流保护最大输出
电流
I omax1[A]
考虑了偏差的最大电流×余量1.1～1.2。
连续最大输出电流I omax2[A] 额定输出电流×余量1.1～1.2。
为设计的基准。
但是，在有峰值最大电流的情况下，只将峰值最大电流作为设计基准使用。
连接最大电流只用于算出绕线的电流容量。
峰值最大输出电流
I opeak[A]
峰值最大电流×余量1.1～1.2。
为设计的基准。
1.4最大二次绕组输出端电压设定
用以下公式算出：
最大二次绕线端输出电压：V N2max[V]＝接插件端输出电压＋线间损失0.1～0.5V＋整流元器件Vf0.4～0.6V
※在有输出电压可变的情况下，根据客户要求规格书的内容不同，适用的范围而各不相同。
客先要求规格书内容
只保证输出电压
※只在装置试验时电压可变的情况下。
磁芯用最大输出电压来设计。
绕线是用额定输出电压来设计。
保证所有的性能
※在实际使用条件下通常的电压可变的情况下。
磁芯、绕线都用最大输出电压来设计。
1.5一次电流倾斜率设定
输入电压，瞬时最低动作电压、输出电流，在过电流保护最大输出电流／连接最大输出电流／峰值最大输出电流的任意一个最大输出电流的条件下，设定图1－１的一次电流波形的斜率。
K的设定公式如下。
作为目标，设定到0.5～0.6，兼顾到之后的其他特性，作最适当的变更。
1.6最大占空比设定
一般设定为0.45～0.65。
1.7最大磁通密度设定（Bmax）
设定为磁芯的产品目录上所记载的饱和磁通密度
×0.8～0.9。
图1-2中表示了TDK制的磁珠磁芯PC44的B-H 曲线图。
磁芯的磁通密度B[T]，如图1-2所示，与磁场强度H[A/m]成比例，增加。
另外，当B达到一定的值时，在那基础上，即使增加H，B也不会增加。
在此磁束饱和状态下，不仅仅达不到作为变压器的机能，还有开关FET破损的危险性，因此磁芯绝对必须在此饱和磁通密度以下来使用。
另外，从产品目录上引用数据时，需要在符合使用条件的温度下选择饱和磁通密度，因此请注意。
※磁芯的饱和磁通密度是根据温度而变动。
在TDK制PC44的120℃下的饱和磁通密度，将降低到25℃时的值的68.6％。
因此，如果在25℃的条件下设计的话，有可能发生使用时的故障。
図１－２PC44B-Hカーブ温度特性
设计的要点：
?单一输入的情况下设定为0.45、普遍输入的情况下设定为0.65左右。
・最大占空比的设定，对开关元器件、整流元器件施加耐压方面会造成影响，因此要进行适当的设定。
加宽最大占空比的话，开关元器件的耐压将会上升，缩小最大寻通角的话，整流元器件的耐压将会上升。
.设定到考虑了控制IC保证的最大占空比（外部设定时，其设定值）的偏差的最小值×0.9以下。
1.8绕线电流密度设定 一般在自然空冷下设定最大5[A/mm 2]、强制空冷下设定最大7[A/mm 2]。
绕线电流密度对绕线的温度上升有一定影响，因此一定要考虑冷却条件、使用温度范围、变压器构造等，再进行适当的设定。
2、变压器特性设计
2.1计算一次绕组的电流峰值
变压器总输出功率P 2[W]是瞬时最大值。
在输出电流规格书中有设定峰值条件的情况下，用I opeak ×V N2max 。
另外，多输出的情况下，将各电路的输出功率的总和作为变压器总输出功率。
变压器效率一般为0.95。
2.2计算一次/二次绕组的匝数比
匝数比根据输出入电压和最大占空比来决定。
2.3计算一次绕组的电感量
3、变压器构造设计
3.1计算一次绕组的电流有效值
计算一次绕线电流有效值I N1TYPRMS 。
不用考虑瞬时最低动作输入电压、过电流、峰值最大电流。
首先求出占空比α。
接着用以上所求出的占空比α，求出一次绕线电流有效值。
作为标准，从１．１．８项中设定的绕线电流密度I/S[A/mm 2]和一次绕线电流有效值I N1typrms [A]中，计算出一次绕线截面积S N1[mm 2]。
3.2计算二次绕组的电流有效值
在实使用条件的通常驻机构状态下，用在１．３．１项中算出的占空比α、一次绕线电流有效值IN1typrms[A]，算出连续流出的最大的二次绕线电流有效值。
※多输出变压器的情况下，将N 12替换为与各自的二次绕线和一次卷的绕线比，进行计算，另外在所求得的I N2typrms 中加上对于全功力的其电路输出功力的比率。
作为标准，从在1．１．８项中设定的绕线电流密度I/S[A/mm 2]与二次绕线电流有效值I N2typrms [A]中，计算出二次绕线断面积S N2[mm 2]。
设计要点：
・ 变压器的发热，是根据，根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定的。
绕线电流密度虽然是为了推测铜损的
一个标准，但是事实上，即使绕线电流密度相同，卷数成倍的话，铜损也将成倍。
・ 由绕线的电流密度所求得的绕线断面积，始终做为标准来考虑，最终还是要以绕线的铜损为基准决定线径和卷数。
※省略以下的详细计算，可以将直流输入电流的1．6倍作为※可以省略以下的详细计算，将直流输出电流的1．4倍作为
设计要点：
・变压器的发热，是根据，根据磁芯损失的铁损和根据绕线损失的铜损来决定的。
绕线电流密度虽然是为了推测铜损的一个标准，但是事实上，即使绕线电流密度相同，卷数成倍的话，铜损也将成倍。
由绕线的电流密度所求得的绕线断面积，始终做为标准来考虑，最终还是要以绕线的铜损为基准决定线径和卷数。