完整版反激变压器设计
反激式变压器的设计
反激式变压器的设计(共7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--反激式变压器的设计反激式变压器的工作与正激式变压器不同。
正激式变压器两边的绕组是同时流过电流的，而反激式变压器先是通过一次绕组把能量存储在磁心材料中，一次侧关断后再把能量传到二次回路。
因此，典型的变压器阻抗折算和一次、二次绕组匝数比关系不能在这里直接使用。
这里的主要物理量是电压、时间、能量。
在进行设计时，在黑箱估计阶段，应先估计出电流的峰值。
磁心尺寸和磁心材料也要选好。
这时，为了变压器能可靠工作，就需要有气隙。
刚开始，在开关管导通时把一次绕组看作是一个电感器件，并满足式(24)。
(24)把 Lpri移到左边，用Ton=Dmax/f 代到上式中，用已知的电源工作参数，通过式(25)就可以算出一次最大电感——最大占空比(通常为50％或。
(25)这个电感值是在输入最小工作电压时，电源输出仍能达到额定输出电压所允许选择的最大电感值。
在开关管导通的每个周期中，存储在磁心的能量为：(26)要验证变压器最大连续输出的功率能否满足负载所需的最大功率，可以使用下式：(27)所有磁心工作在单象限的场合，都要加气隙。
气隙的长度(cm)可以用下式近似(CGS制(美国))：（28a）式中Ac——有效磁心面积，单位为；Bmax——最大磁通密度，单位为G(Wb／cm )。
在MKS系统(欧洲)中气隙的长度(m)为(28b)式中Ac——有效磁心面积，单位为；Bmax——最大磁通密度，单位为T(Wb／m )。
这只是估算的气隙长度，设计者应该选择具有最接近气隙长度的标准磁心型号。
磁心制造厂商为气隙长度提供了一个A L的参数。
这参数是电感磁心绕上1000匝后的数据(美国)。
根据设计好的电感值，绕线的匝数可以用式(29)计算确定。
(29)式中 Lpri——一次电感量，单位为mH。
如果有些特殊的带有气隙的磁心材料没有提供A L。
反激式变压器的设计步骤
反激式变压器的设计步骤1 明确产品的设计要求。
一、 输入电压范围(a)220±20% (b)110±20% (c)85-264V(d)220/110V AC.二、 输入电压、电流，输出电压V 、电流A 。
三、 工作频率F四、 工作效率 ：70-90%，Rcc 一般取70%-75%。
五、 工作占空比 D 取0.45-0.5 2 计算输入功率Pin=Po/n n:工作效率 3 设算变压器初级的反射电压：V orV or = V min :滤波电容上的最谷底电压VV min=V acmin *1.414-37V3 计算匝比：N N=V or:反射电压 V o:输出电压 V f ：二极管正向电压4 计算原边峰电流（Ip ）和有效值电流。
I rms = Po/(n* Vmin ) I rms : 初级有效电流 AVmin ×D (1-D)V orV o+VDI p = P in : 输入功率WV min : 滤波电容上的最谷底电压V或I p = I rms /［(1-0.5*K rp )* D max ］ V min=V acmin *1.414-37VK rp : 电流脉动系数 取0.6-0.75 或K rp = △B/ B max△ B= 工作磁感强度 TB max = 饱和磁同密度 I p= I p2: 初级峰值电流 A D max : 最大占空比5 计算Ip1I p1=I p2*(1-K rp ) I p2=I p : 初级峰值电流 A连续模式非连续模式F F6 计算初级电感量 LpLp= V min : 最小输入DC 电压D max : 最大占空比L p : 初级电感量（mH ）2PinV min ×D max ×(2-K rp )PoI p 2* K rp *(1-0.5* K rp )*F*nI p= I p2: 初级峰值电流 A F : 频率KHz n : 工作效率7．计算初次级匝数 NpNp = Ae: 磁芯截面积 mm 2B max : 饱和磁同密度 TN p : 初级匝数L p : 初级电感量（mH ）Ns = Ns: 次级匝数N: 匝比8 .校验饱和磁同密度 B max =( L p *I p )/( Ae* N p )L p *103*IpAe*B maxNpN。
完整版反激变压器设计
参数要求INPUT MIN90VAC INPUT MAX 265VAC OUTPUT 119VDC I 3.16A Po60.04W OUTPUT 212VDC I 0.1A Po1.2W OUTPUT 30VDC I 0A Po0W NVcc12VDC I 0A Po0W 工作频率Fs70KHz Dmax=0.5Ae 70.3步骤1求CORE 137.790.2TAP=0.62cm4步骤2 估算臨界電流 IOB ( DCM / CCM BOUNDARY )IOB = 80%*Io(max)IoB = 2.528步骤3求匝數比 nN = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)]107.26N= 5.4447*1= 5.44步骤4求CCM / DCM臨界狀態之副邊峰值電流ΔISB.ΔIsb = 2Iob / (1-Dmax)=10.112A步骤5計算次級電感 Ls 及原邊電感 Lp.Ls = (Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / ΔISB =0.14070.013916=13.916uHLp = n2 Ls =412.5193uH步骤6求CCM時副邊峰值電流ΔIsp.Io(max) = (2ΔIs + ΔISB) * (1- Dmax) / 2ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) - (ΔISB / 2 )ΔIsp = ΔISB +ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) + (ΔISB / 2 )=11.376A步骤7求CCM時原邊峰值電流ΔIpp.ΔIpp = ΔIcp / n = 2.089383A步骤8確定Np、Ns1> Np Np = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae)=61.302T 2> Ns Ns = Np / n =11.259T 3> Nvcc求每匝伏特數Va Va = (Vo + Vf) / Ns= 1.7497V/Ts Nvcc = (Vcc + Vf) / Va =7.0298T 本文介绍了设计反激变压器的步骤及公式，在红色框内输入数据即可..........反激变压器设计AP= AW*Ae=(Pt*100000)/(2ΔB*fs*J*Ku)VIN（min）=△B = 0.6 * (390 - 60) = 198mT ≒传递功率Pt = Po /η +Po = J : 電流密度 A / cm2 (300~500)Ku: 繞組系數 0.2 ~ 0.5。
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(标准格式)
副边有效值电流：
根据所选线径计算副边电流容量：
自供电绕组线径：由于自供电绕组的电流非常小只有5mA，因此对线径要求并不是很严格，在这里主要考虑为便于与次级更好的耦合及机械强度，因此也采用裸线径为0.35mm的漆包线进行绕置，使其刚好一层绕下，减小与次级之间的漏感，保证短路时使自供电电压降低。
7、计算变压器损耗和温升
变压器的损耗主要由线圈损耗及磁芯损耗两部分组成，下面分别计算：
1）线圈损耗：
原边直流电阻：
为100℃铜的电阻率为2.3×10-6（ ·cm）； 为原边绕组的线圈长度，实测为360cm；A为原边0.23mm漆包线的截面积。
原边直流损耗：
原边导线厚度与集肤深度的比值：
d为原边漆包线直径0.23mm，s为导线中心距0.27mm， 为集肤深度0.31mm。
根据所选线径计算原边绕组的电流密度：
计算副边绕组导线允许的最大直径（漆包线）：
根据上述计算数据可采用裸线径DIASS=0.72mm的漆包线绕置，但由于在温度100℃、工作频率为60KHz时铜线的集肤深度： ，而0.72mm大于了2倍的集肤深度，使铜线的利用率降低，故采用两根0.35mm的漆包线并绕。
《参考文献》
1、《现代高频开关电源实用技术》 刘胜利 编著 电子工业出版社 2001年
2、《开关电源中磁性元器件》 赵修科 主编南京航空航天大学自动学院2004年
3、《TDK磁材手册》 日本TDK公司 2005年
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）
反激式变压器设计(52步)
工作在不连续电流模式且具有隔离的Buck-Boost 变换器的设计举例Buck-Boost-倒向型的设计要求：1. 输入电压标称值V V 28in =2. 输入电压最小值V V 24in(min)=3. 输入电压最大值V V 32in(max)=4. 输出电压V V 521=5. 输出电流A I 221=6. 输出电压V V 1222=7. 输出电流A I 5.022=8. 窗口利用系数29.0u =K 注：当工作在高频时，工程师必须重新考虑窗口利用系数。
当采用有骨架的铁氧体磁心时，骨架的绕线面积与磁心的窗口面积之比仅为0.6.工作在100kHz 和由于趋肤效应，必须要用26号线时，导线裸铜面积与带绝缘面积之比为0.78因此总的窗口利用系数变小。
在第三章中磁心几何常数是利用窗口u K g K 4.0u =K 计算的。
为了计算恢复正常。
磁心几何常数要乘以1.35，然后用窗口利用系数g K 29.0u =K 计算电流密度，详见第四章9. 变换器效率）（%9898.0=η 10. 频率khz f 100=11. 最大占空比5.0max =D 12. 休止时间的占空比为1.0=w D 13. 调整率%0.1=α14. 工作磁通密度T B m 25.0=15. 二极管压降V V d 1=趋肤效应：电感器中的趋肤效应和变压器中的趋肤效应一一样得。
在常规的直流电感器（DC ）中。
交流（AC ）电流（交流AC 磁通）很小，不需要与变压器中同样的最大号导线。
而在不连续电流模式时的flyback 变换器的设计中。
必须像高频变压器那样来考虑趋肤效应。
有时，大尺寸粗导线太难绕制，大尺寸导线不仅加工困难，而且也不可能绕的很伏贴。
通常用双股或四股来绕制就比较容易，或用利玆线。
选择一导线，使其交流电阻等于直流电阻，即；DC AC R R = 趋肤深度是：)(0209.010000062.6)(62.6cm cm f==−−=ε则考虑趋肤效应后导线的最小直径为：2min (min)min 126.044.0418.00418.00209.022mm A mm mm cm d W ==≈==×==πε导线面积为 *************************************************))(75Hz f mm f s s 开关频率（−−=Δ 8***************************************************计算步骤1计算总周期s f T μ1010000011=== 计算步骤2计算晶体管最大导通时间n t 0 s s TD t n μμ55.010)(max 0=×=−−=计算步骤3计算次级绕组1负载功率21P ()()ww V V I P d 12152)(212121=+×=−−+=计算步骤4计算次级绕组2负载功率 22P()()ww V V I P d 5.61125.0)(222222=+×=−−+=计算步骤5计算输出总功率 2P )(5.185.61222212w P P P =+=+=计算步骤6计算最大输入电流(max)in I A A V P I in in 787.098.0245.18)((min)2(max)=×=−−×=η 计算步骤7计算初级电流峰值)(pk p I A A t V T P I on in pk p 15.31052498.010105.182)(266(max)(min)2)(=××××××=−−−=−−η计算步骤8计算初级电流有效值)(RMS P I A A T t I I on PK P RMS P 29.1103515.3)(3)()(=×=−−−= 计算步骤9 计算最大输入功率(max)in P w w P P o in 88.1898.05.18)((max)(max)==−−=η计算步骤10计算等效输入电阻)(equiv in R Ω=×=Ω−−−=5.3088.182424)((max)2(min))(in in equiv in P V R计算步骤11计算要求的初级电感量 L H H TD R L equiv in μ3825.010105.30)(2262max)(=×××=−−−=− 计算步骤12计算能量处理能力WJ JLI W pk p −=××=−−=−000189.0215.310382262)( 计算步骤13计算电状态e K0000168.01025.05.18145.010145.042422=×××=×=−−m e B P K 计算步骤14计算磁心几何常数g K 55625200288.035.100213.000213.01108.16000189.0)(cm cm cm K W K e g =×=××=−−−=−α计算步骤15查表找出磁心尺寸铁氧体磁心尺寸数据表选上磁心型号为EFD-20其参数如下：制造商 Plilips材料牌号： 3C85磁路平均长度MPL=4.7cm磁心质量g W tFe 7=铜线质量g W tCu 8.6=线圈平均匝长MLT=3.8cm磁心截面积231.0cm A c =2501.0cm W a =窗口面积4155.0cm A p =面积乘积500506..0cm K g =磁心几何常数23.13·cm A t =散热面积变压器2500=m μ磁心导磁率cm G 54.1=绕组长度计算步骤16计算绕组电流密度J29.0/36.329.0155.025.010000189.02)/(1022422=−−=××××=−−×=磁心窗口铜线利用系数u up m K mm A mm A K A B W J 计算步骤17计算初级导线面积)(B pw A 22)()(384.036.329.1mm mm J I A RMS P B pw ==−−=计算步骤18计算初级绕组需要导线股数np S 304.3126.0384.0(min))(≈===W B pw np A A S 计算步骤19计算初级绕组匝数p N 1. 先根据导线面积看骨架能容纳几根导线2. 初、次级绕组各占一半绕线面积225.02501.02cm W W a ap === 199.1810384.025.029.02)(≈=××==−B pw apu p A W K N 即绕组最多可绕19匝计算步骤20计算磁心需要的气隙g l cm cm MPL L A N l mc pg −−=−×××=−−−×=−−0384.025007.4000035.01031.0194.0)(104.08282πμπ 计算步骤21计算以圆密尔为单位的等效气隙mils 圆密尔-157.3930384.07.393=×=×=g l mils不知次计算有什么用？计算步骤22计算边缘磁通系数 F 30.10384.054.12ln 31.00384.012ln 1=×+=+=gc gl G A l F 计算步骤23通过引入边缘磁通系数F 计算新的初级匝数 np N 匝−−=××××=×=−−17103.131.04.0000038.00384.0104.088ππF A L l N c g np 计算步骤24计算磁通密度峰值pk B)(219.025007.40384.01015.,33.1174.0)(104.044)(T T MPL l FI N B m g PK P np PK −−=+××××=−−−+×=−−πμπ 计算步骤25计算初级每厘米阻值cm /Ωμ cm S cm r np p /--45331360/Ω==Ω=μμ计算步骤26计算初级绕组阻值P R ())(293.010453178.3)(10)(66Ω−−=×××=Ω−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛×Ω=−−cm N MLT R np P μ 计算步骤27计算初级铜损pcu P w w R I P p RMS P pcu −−=×=−−=488.0293.029.1)(22)(计算步骤28计算次级1绕组的匝数 21N ()()()()34.35.0241.05.0115171max min max 2121≈=×−−+=−−+=D V D D V V N N P W d np 计算步骤29计算次级绕组1电流的峰值 21I )21pk I （)(101.05.0122)(12max 21)21A A D D I I W pk −=−−×=−−−−=（计算步骤30计算次级绕组1电流的有效值 21I )21RMS I （A A D D I I W pk RMS −−=−−=−−−−=65.331.05.0110)(31max )21)21（（计算步骤31计算次级绕组1导线的面积 21W A 22)(212108.136.365.3mm mm J I A RMS W −==−−= 计算步骤32计算次级绕组1需要导线股数 21n S 96,8126.008.1min2121≈===W W n A A S 计算步骤33计算次级绕组1的每厘米阻值 21r cm cm S cm r n /15191360//2121Ω−−==Ω−−Ω=μμμ 计算步骤34计算次级绕组1的阻值 21R ()()Ω−−=×××=Ω−−×=−−0018.01015138.3)(1066212121r N MLT R 计算步骤35计算次级绕组1的铜损cu P 21w w R I P rms cu −−=×=−−=0240.00018.065.3)(2212)(2121 计算步骤36计算次级2绕组的匝数 22N()()()()74.75.0241.05.01112171max min max 2222≈=×−−+=−−+=D V D D V V N N P W d np 计算步骤37计算次级绕组2电流的峰值 22I )22pk I （)(5.21.05.015.02)(12max 22)22A A D D I I W pk −=−−×=−−−−=（计算步骤38计算次级绕组2电流的有效值 22I )22rms I （A A D D I I W pk rms −−=−−=−−−−=913.031.05.015.2)(31max )22)22（（计算步骤39计算次级绕组2导线的面积 22W A 22)(2222271.036.3913.0mm mm J I A RMS W −==−−=计算步骤40计算次级绕组2需要导线股数 22n S 21,2126.0271.0min2222≈===W W n A A S 计算步骤41计算次级绕组2的每厘米阻值 22r cm cm S cm r n /68021360//2122Ω−−==Ω−−Ω=μμμ 计算步骤42计算次级绕组2的阻值22R ()()Ω−−=×××=Ω−−×=−−0181.01068078.3)(1066222222r N MLT R 计算步骤43计算次级绕组2的铜损cu P 22ww R I P RMS cu −−=×=−−=0151.00181.0913.0)(2222)(2222计算步骤44计算窗口利用系数 U K ()()可以绕下小于计算设定−−==××+×+×++=29.0224.0501.000126.02793316(min)22222121u aW n n np P u K W A S N S N S N K计算步骤45计算总铜损 CU P wP P P P CUCU PCU CU −−=++=++=0879.00151.00240.00488.02221计算步骤46计算此设计的调整率α %475.0%1005.180879.0%1002=×=×=P P CU α计算步骤47计算交流磁通密度AC B )(111.025007.4384.010244.33.1164.0)(1024.044){T T MPL l I FN B mg PK P np AC −−=+××××=−−−+×=−−πμπ计算步骤48计算磁心每公斤损耗功率p )/(6.21111.010*********.4)/(10855.462.263.1562.263.15kg w kg w B f p AC AC −−=×××=−−×××=−−计算步骤49计算磁心损耗fe P ww W p P t fe −−=××=−−××=−−151.01076.21)(1033 计算步骤50计算变压器效率η%7.98151.00879.05.185.18%10022=++=×++=feCU P P P P η计算步骤51计算变压器散热表面积散热密度ψ018.03.13151.00879.0)/(2=+=−−+=cm w A P P tfecu ψ计算步骤52计算温升t T )(3.16018.0450)(450826.0826.0C C T t °−−=×=°−−×=ψ隐形专家根据“变压器与电感器设计手册”第三版。
反激变压器设计方法(12V4A)
Nvcc = 10.051
Nvcc :=
Vcc Vo + Vf Ns Vcc计算方法2
Nvcc = 10.051
∆B1 :=
Vdcmin ⋅ Dmax Np ⋅ Ae ⋅ f .............. 最小 磁通密度（计算值）
∆B1 = 0.22T
∆B2 :=
Vdcmax ⋅ Dmin Np ⋅ Ae ⋅ f .............. 最大磁通密度（计算值）
Iav = 0.568A Ip :=
Krp ⋅ Pout Vdcmin ⋅ η ⋅ Dmax .......... 初级峰值电流（计算值）
Ip = 1.25A
Lp :=
Vdcmin ⋅ Ton Ip
−4
Lp = 6.4 × 10
H
.............. 变压器初级电感量（计算值）
Np :=
Vdcmin ⋅ Ton Ae ⋅ ∆B .............. 变压器初级圈数（计算值）
Np = 44.673 Ns := Np n
Ns = 8.376
.............. 变压器次级圈数（计算值）
Nf :=
Vo + Vf Ns
Nf = 1.492 V .............. 变压器次级 每圈匝数的电压（计算值） Nvcc := Vcc Nf .............. 变压器Vcc的供 电圈数（计算值） Vcc计算方法1
D' = 0.6
.............. MOSFET关断占空比（计算值）
n :=
Vdcmin ⋅ D ( Vf + Vo) ⋅ (1 − D ) .............. 变压器匝比（计算值）
反激变压器的设计
反激变压器的设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:反激变压器的设计//＝==＝＝＝===＝==＝=＝=====＝＝=====＝=====＝====＝=＝=＝==＝＝=＝=＝＝====反激变压器设计最简单的方法ﻫ我自己综合了一下众多高手的方法,自认为是比较简单的方法了!如下: ﻫ１,VDC ｍｉｎ=VAC min * 1.2VDC max＝ＶAC max* 1.42，输出功率Po=Ｐ1+Ｐ2+Ｐn.....．ﻫ上式中P１=(Vo1+Vf)＊I1 、P2 =(Vo2+Vf)*Ｉ2上式中Vo为输出电压,Vf为整流管压降ﻫ3,输入功率Pin=(Po/η）*1.２(此处1.2为输入整流损耗) ﻫ4,输入平均电流:Iav = Pin/VDＣｍiｎﻫ５,初级峰值电流:Ip = 2＊Iaｖ/Dmａx6,初级电感量:Lp=Vdc min *Dmax／(Ip*fs) fs为开关频率ﻫ7,初级匝数:Np=VDC min *Dｍax /(ΔＢ*Ae*fs) ﻫ上式中ΔB推荐取值0.2 Ae为磁芯横截面积,查规格资料可得!８,次级匝数：NS =（Ｖouｔ+Vd)*(1-Dmax)＊Np / Vin mｉn*Ｄｍaｘ至此变压器参数基本完成!另就是线径,可根据具体情况调整!宗旨就是在既定的BＯBINＮ上以合适的线径，绕线平整、饱满！／／/==＝＝=＝==＝======＝=＝=====＝==＝＝=＝==反激式变压器设计原理(FlybacｋTraｎsformer Design Theory)第一节. 概述．反激式(Flｙback)转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器.因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名．离线型反激式转换器原理图如图.一、反激式转换器的优点有:2.转换效率高，损失小.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.ﻫ4. 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３. 变压器匝数比值较小. ﻫ现交流输入在8５～2６5V间.无需切换而达到稳定输出的要求.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．ﻫ第二节. 工作原理ﻫ在图1所示隔离反驰式转换器(The isoｌaｔｅｄｆlybａcｋｃｏnvｅrtｅr)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:ﻫ当开关晶体管Tr tｏｎ时，变压器初级Ｎp有电流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.ﻫ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 ﻫVIN:输入直流电压;Ｄmａx: 最大工作周期Ｄmax = toｎ/ Tﻫ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Ｔｒoｎ时的集电极工作电流Ie,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: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: ﻫPo= ηVＩNf DｍａxＩp2/2f Ip= １/2ηＶINDmａｘIp∴Iｐ＝２Pｏ/ηVINDmax上列公式中：ﻫVIN:最小直流输入电压(V）ﻫDmａｘ：最大导通占空比ﻫLｐ: 变压器初级电感(mＨ)ﻫIp ：变压器原边峰值电流(A)f：转换频率(KHZ)//======＝＝===＝==＝==＝=======＝===＝＝===＝=====你看的书就会把你给绕进去．.．绕半天却找不到自己了。
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.。
RCC的反激变压器设计
RCC，12V，1.1A反激式变压器设计INPUT：90-270V AC；F：65KHZOUTPUT:DC12V, 1.1AVfPUT:12V,0.1A效率η=0.8D：0.5EECKP40磁芯参数:初始磁导率：ui=2300饱和磁通密度：Bs=510mt/390（25/100℃）剩余磁通密度：Br=95/55mt(25/100℃) 居里温度：≥215℃电阻率：6.5Ω密度：4.8*10^3kg/m^3一，求Core AP以确定用多大磁芯尺寸计算Ap=Aw*Ae=(Pt*10^4)/2△B*F*J*Ku=（Po/η+Po）/2*60%(Bs-Br)*F*J*Ku=[(14.4w/0.8)+14.4]*10^4/2*0.6*0.335*65000*400*0.3=324000/3135600=0.1033295mm^4=0.10mm^4式中：Pt=Po/η+Po Pt-传输功率J：电流密度取400A/cm^3Ku:绕组系数取0.3EE22磁芯参数：有效此路长度：Le=42.4mmAw=(E-D)*F=(15.8-5.75)*5.6=56.28mm^2有效截面积：Ae=35.6mm^2有效体积：Ve=1506mm^3磁芯Ap=Aw*Ae=56.28*35.6=0.20mm^4AP计算值小于EE磁芯值，满足要求二,求匝数比N=（VINmin-20）/(V o+Vf)*Dmax/(1-Dmax)=(90*1.414-20)/(12+0.6)*0.5/(1-0.5)=107.26/12.6=8.51取9匝Check DmaxDmax=N(Vo+Vf)/(VINmin-20)+N(V o+Vf)=9*12.6/(107+9*12.6)=113.4/220.66=0.51三，估算临界电流IoB为使电路工作与临界模式，设计时按80%*IoB来算IoB=0.8*1.1A=0.88A四：求临界模式下次级线圈临界电流IsB△IsB=2*IoB/(1-Dmax)=2*0.88/(1-0.51)=1.76/0.493.592A五，计算次级电感LS及原边电感LPLS=[（Vo+Vf）*(1-Dmax)*（Ts周期）]/△IsB=[12.6*0.49*（1/65000）]/3.592=25.9uHLP=N^2*LS=9^2*25.9=2097.9 uH=2.10mH六，求CCM时副边峰值电流△ISP△ISP=△ISB+△IS=Iomax/(1-Dmax)+ △ISB/2=1.1/(1-0.51)+3.592/2=2.245+1.796=4.041A七，求VCCM时原边峰值电流△IPP △IPP=△ISP/N=4.041/9=0.449A八，确定NP, NS, NVCCNP=(LP*△IPP)/(△B*Ae)=(2097uH*0.449A)/(0.201T*35.6mm^2=942.9/7.1556=131.8TS取NP=130TSNS=NP/N=130/9=14.4TS取NS=14TSNVCC(反馈绕组)先求每匝数Va=(Vo+VF)/NS=(12+0.6)/14=0.9V/TSNVf=(VCC+VF)/Va=(16+0.6)/0.9=18.4TS取NVf=18TS九，计算AIR GAP(气隙)Lg=(NP^2*uo*Ae)/Lp=(130^2*4π*10^-7*35.6)/2.10mH=0.36mmuo=4π*10^-7（真空磁导率）十，计算线径dwIprms(原边有效电流)=(Po/η)/VImin=(12*1.1/0.8)/107=0.154Adwp（初级线径）=1.13[(Iprms/J)]^1/2=0.22mm这里J取4A/mm^2dws（次级线径）=1.13[(Io/J)]^1/2=0.59mm^2计算集肤深度温度100℃，频率65KHZdwh=76.5/(F^1/2)*2=0.6mm由于dws线径基本等于集肤深度，所以这里考虑采用两根3mm并饶十一，估算同窗占有率磁芯可用面积=40%*Aw=0.4*56.28=22.512mm^2漆包线占面积=Np*rp*π(dwp/2)^2+ Ns*rs*π(dwp/2)^2+ Nf*rf*π(dwp/2)^2=4.94+1.98+0.68=7.61mm^2磁芯可用面积＞漆包线面积，可用以上，rp,rs,rf为各组绕线时的根数。
反激变压器设计详解
注意事项
• 选择合适的磁芯材料和绕组结构 • 遵循设计规范和行业标准
CREATE TOGETHER
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
反激变压器的分类与特点
反激变压器的分类
• 单端反激变压器：输入输出共用一个绕组 • 双端反激变压器：输入输出各有独立的绕组
反激变压器的特点
• 结构简单，易于集成 • 效率高，损耗较低 • 输出电压稳定，易于调节
反激变压器的主要应用场景
开关电源
• 直流电源转换为稳定直流 • 适用于电子设备、通信设备等
绕组损耗计算
• 根据绕组电阻、绕组电感和工作频率计算绕组损耗 • 考虑绕组绝缘材料和温度影响
反激变压器的效率计算与优化
效率计算
• 根据输入功率、输出功率和损耗计算效率 • 考虑效率计算精度和温度影响
优化方法
• 优化磁芯材料和绕组结构降低损耗 • 提高开关频率和输出电压提高效率
影响反激变压器效率的因素与改进措施
输出电压调整
• 通过改变开关频率或调整输出整流器实现输出电压调整 • 考虑输出电压稳定性和调节精度
输出电流调整
• 通过改变输出滤波器或调整负载实现输出电流调整 • 考虑输出电流稳定性和调节精度
03
反激变压器的损耗与效率计算
磁芯损耗与绕组损耗的计算方法
磁芯损耗计算
• 根据磁通密度、磁芯材料和工作频率计算磁芯损耗 • 考虑磁芯损耗系数和温度影响
• 根据输入电压、输出电压和开关频率计算磁通密度 • 考虑磁芯体积和磁通密度利用率
绕组的结构与匝数设计
绕组结构
• 选择合适的绕组形式，如单层绕组、双层绕组等 • 考虑绕组间距、绕组绝缘和绕组屏蔽
反激电路变压器设计总结
反激电路变压器设计输入电压：70~120V开关频率：80KHz T=12.5us输出功率：50W输出电压：1、+12V 34W2、+12V 2W3、+12V 10W （后加7812）4、-12V 2W （后加7912）5、+5V 2W （后加7805）1、根据输出功率选择磁芯从上表可以看出，可以选择的磁芯EE30、EE35、EE40，這里选择EE40。
EE40的参数为：Ae =1402mm 、Aw =1572mm 、le =77mm （我查表查得的参数不是這样的，這里就按SOS 变压器设计中的参数来计算）2、绕组匝数设计变比（副边比原边）K=12.7V*0.53/(70*0.47)=0.2045，设计电路工作在连续状态，那么根据输入输出电压关系：in o U U =)1(D KD -，那么K=in o DU U D )1(-=70*47.07.12*53.0，12.7是输出电压加上二极管压降。
原边绕组：1p N =NdBudt =108*0.9*6.25u/(0.15T*1402mm )=29匝 U=108V ，108为当时设计时选择的输入端电池的最大电压；0.9*6.25u 就是dt ，這是占空比为D=0.45时的on t 值；0.15T 表示在on t 段时间内磁通密度的变化量，反激电路为m B ；140mm 是Ae 值。
副边s1（+12V 34W ）：1s N =6匝，根据变比关系1s N =0.2*29=5.8——6匝 副边s2（+12V 2W ）：2s N =6匝副边s3（+12V 10W ）：3s N =15.2*6/12.7=7.18——8匝。
這里15.2V 是7812的输入电压14V+1.2V 的二极管压降；6为副边S1的匝数；12.7V 为副边S1绕组上的电压（输出电压12V+二极管压降0.7V ），用到的公式为：2121N N u u =。
注意反激变压器原副边不满足电压比的关系，但是他们的电流满足匝比关系。
反激电源变压器设计
3.3
四、计算气隙
反激变压器相当于耦合电感，变换过程中能量存储在气隙中，计算后应验证 气隙足够大以避免饱和。 根据所需电感量计算气隙：
L p = N 2 μμ0
Ae le
4.1
求得所需有效磁导率 u，通过下式计算气隙 lc： μ= 11 l + c μr le
4.2
以上计算方法比较繁琐， 而证：
2.2
I p2 =
2 P0
η DE ( 2 − K rp )
2.3
初级电感：
2 2 i p 2 K rp η E D ( 2 − K rp ) dt Lp = E = E = 2 Po K rp f di DT
2.4
三、计算初、次级匝数
由电磁感应定律得：
Eav = NAe
则：
Np =
dB dt
Eav DT DEav = Ae ΔB Ae K rp Bm f
AP ( cm 4 ) = Aw Ae =
其中Kj单位为A/cm2。
2 Dmax P0 ×104
K rp Bm f η K j K u
1.9
二、计算初级电感量
初级峰值电流 Ip2 计算
E=L P0 = η Pi = η
所以有：
I −I di = LP p 2 p1 dt DT
2.1
1 1 2 2 LP ( I p LP ( I p 2 − I p1 )( 2 − K rp ) I p 2 f 2 − I p1 ) f = η 2 2
则 1.3 代入 1.1 得：
1.3
P0 = Dmax NAeη
dB × I rms dt
1.4
定义变压器原边电流纹波值与电流峰值之比为 Krp，即
反激式开关电源变压器设计
次级铜损： Pcu+5V=(3*69.24*10-3*0.085/6)32 =0.026W 0.07W
Pcu+12V=(4*69.24*10-3*0.085/4)22 =0.024W 0.06W
Pcu+24V=(6*69.24*10-3*0.085/2)12 =0.018W 0.05W
Pcu-12V=(7*69.24*10-3*0.085/2)12 =0.021W 0.06W
2) 输入功率：Pin=Po/η=65W/0.8=81.25W
3) 最低输入电压：Vin(min)=AC90V*1.414=DC127V
4) 最高输入电压：Vin(max)=AC240V*1.414=DC340V
5) 最大平均输入电流：
Iin(max)=Pin/Vin(min)=81.25WDC127V=DC0.64A
A’p=Knet.Ap 按照上计算A’P值 , 加一定裕度,选取相适 磁芯.
第六页，共二十三页，2022年，8月28日
1.4 计算一次电感最小值Lpri
Vin(min).Dmax
Lpri =
(H)
Ipk f
式中：f单位为Hz
1.5 计算磁芯气隙Lgap
Lgap =
0.4 πLpriIpk . 108
处理好输出电压精度和额定输出电压值的关系.
第九页，共二十三页，2022年，8月28日
1.10 计算和选取绕组导线线径 绕组导线线径按下式计算
dwn= 1.13 In (mm) J
式中： dwm———— 相应绕组线径，单位为mm;
In ———— 相应绕组额定电流，单位为A ；
J ———— 电流密度，单位为A/mm2,一般取3-10A/mm2
反激式开关电源变压器设计的详细步骤
反激式开关电源变压器设计的详细步骤85W反激变压器设计的详细步骤1. 确定电源规格.1).输入电压范围Vin=90—265Vac;2).输出电压/负载电流:Vout1=42V/2A, Pout=84W3).转换的效率?=0.80 Pin=84/0.8=105W2. 工作频率，匝比, 最低输入电压和最大占空比确定.Ｖmos*0.8>Vinmax+n(Vo+Vf)600*0.8>373+n(42+1)得n<2.5Vd*0.8>Vinmax/n+Vo400*0.8>373/n+42得n>1.34所以n取1.6最低输入电压Vinmin=√[(Vacmin√2)* (Vacmin√2)-2Pin(T/2-tc)/Cin=(90√2*90√2-2*105*(20/2-3)/0.00015=80V取:工作频率fosc=60KHz,最大占空比Dmax=n(Vo+Vf)/[n(Vo+Vf)+Vinmin]= 1.6(42+1)/[1.6(42+1)+80]=0.45Ton(max)=1/f*Dmax=0.45/60000=7.5us3. 变压器初级峰值电流的计算.Iin-avg=1/3Pin/Vinmin=1/3*105/80=0.4AΔIp1=2Iin-avg/D=2*0.4/0.45=1.78AIpk1=Pout/?/Vinmin*D+ΔIp1=84/0.8/80/0.45=2.79A4. 变压器初级电感量的计算.由式子Vdc=Lp*dip/dt,得:Lp= Vinmi n*Ton(max)/ΔIp1=80*0.0000075/1.78=337uH 取Lp=337 uH5.变压器铁芯的选择.根据式子Aw*Ae=Pt*1000000/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?],其中: Pt(标称输出功率)= Pout=84WKo(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=4A/mm2;Aw*Ae=84*1000000/[2*0.4*1*60*103*1500Gs*4*0.80]=0.7cm4考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表:ER40/45铁氧体磁芯的有效截面积Ae=1.51cm2ER40/45的功率容量乘积为Ap = 3.7cm4 >0.7cm4故选择ER40/45铁氧体磁芯.6.变压器初级匝数1).由Np=Vinmin*T on/[Ae*Bm],得:Np=80*7.5*10n-6/[1.52*10n-4*0.15] =26.31 取 Np =27T7. 变压器次级匝数的计算.Ns1(42v)=Np/n=27/1.6=16.875 取Ns1 = 17TNs2(15v)=(15+1)* Ns1/(42+1)=6.3T 取Ns2 = 7T。
反激式变压器设计
变压器电路形式 单端反激式；工作频率f 100KHZ （工作周期T=10us ）； 最高输入电压max ,in U 60V ；最低输入电压min ,in U 40V ；开关管最大导通时间max ,on T 4.5us ；开关管导通时压降 1V ；整流二极管正向电压降 0.4V ；输出电压o U 15V ；输出电流o I 3A ；最高工作环境温度 +45℃；最高允许温升 不大于60K ；计算步骤如下：1、 变压器初、次级电压计算① 计算初级电压取线路压降和变压器初级绕组铜阻压降为输入电压的2%，则初级电压为：；V U P 8.571%)21(60max ,1=--⨯=；V U P 2.381%)21(40min ,1=--⨯=② 计算次级电压；V U P 7.154.0%)21(152=++⨯= 2、 计算变压器工作比① 最大工作比%45%100105.4max ,max =⨯==∂T T on ② 电压变化系数 51.12.388.57min ,1max ,1===P P V U U K ③ 最小工作比 %35%10045.051.1)45.01(45.0)1(max max max min =⨯+⨯-=∂+∂-∂=∂V K3、 计算匝数比0.27.152.3845.0145.0max 1max 2min ,1=⨯-=∙∂-∂=P P U U n 4、 计算初级电感① 临界电感 uH P T U L P 4.311037.1521045.02.3810262260max 2min ,12min =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∂=-- ② 取电感uH L P 351=5、 计算初级峰值电流A T U T P I on P P 48.55.42.381037.1522max ,min ,101=⨯⨯⨯⨯== 6、 各绕组有效电流① 初级绕组有效电流A I I P 13.2345.048.53max 11=⨯=∂= ② 次级绕组有效电流A nI I 26.413.2212=⨯==7、 确定磁芯尺寸计算面积乘积取mT B 250=∆，2/5mm A J = （2/53mm A J -=），选用PC40磁芯4204.0525.048.5103550050026121=⨯⨯⨯⨯=∆=-BJ I L A P P P 按Ap 选择磁芯，查表取EE25X25X7，并查得有关参数为：4466.0cm Ap =，mm le 0.58=，28.51mm Ae =，33000mm Ve =，290.0cm S M = W K R T /40=∆8、 计算空气气隙长度cm B Ae I L P P 041.025.0108.5148.5103514.34.04.0lg 22262121=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=--π 9、 绕组匝数计算① 初级绕组匝数匝151048.514.34.0041.025.0104.0lg 4411=⨯⨯⨯⨯=⨯∆=P I B N π② 次级绕组匝数53.745.045.012.387.1515max max 1min ,1212=-⨯⨯=∂∂-∙∙=P P U U N N 匝 故取匝82=N修正匝16221==N N10、确定导线规格 mm J I d 738.0513.213.113.111=⨯== mm J I d 04.1526.413.113.122=⨯== 当时：KHZ f 100=mm f 2089.01.66==∆当导线直径大于2倍穿透深度时，应尽可能采用多股线。
完美版反激式高频变压器的设计公式
完美版反激式高频变压器的设计公式
1.AP=[(P0/N+P0)*10000]/(2^B*FS*1000*J*KU)
2.IOB=0.8*IOMAX
3.[VINMIN=ACMIN*1.414-20
4.N=[VINMIN/(VO+VF)]*[DMAX/(1-DMAX)]
5.CHECK DMAX=N(VO+VF)/[VINMIN+N(VO+VF)]
6.^ISB=2IOB/(1-DMAX)
7.LS=(VO+VF)*(1-DMAX)*[1/(FS*1000)]/^ISB*1000000
8.LP=N^2LS
9.^ISP=IO(MAX)/(1-DMAX)+(^ISB/2)
10.^IPP=^ISP/N
11.NP=LP*^IPP/(^B*AE)
12.NS=NP/N
13.V A=(VO+VF)/NS
14.NVCC=(VCC+VF)/V A
15.UO=4*3.14*0.0000001
16.IG=NP^2*UO*AE/(LP/1000)
17.NPAWP=PO/N/VINMIN/J
18.NSAWS=IO/J
19.NVCCAWV=IV/J
20．END
说明:1.本套计算公式适用于商业性的反激高频变压器的设计,公式当
中除含有经验成分之外还添加成本系数,使其开发出高性能,低成本的变压器单元组件.
2.以下标"AAA"的是我公司用上述公式开发出的开关电源成品机.
3.本人才浅识薄,渴求能与各位大侠共研电源之精髓,实为鄙人之大幸. 本人邮箱:pads2005pcb@。
第9章_反激式变压器的设计
选择最小的变压器尺寸
变压器的尺寸为： AP=Ae×Ac=（Pt×106）/ （2×η×f×Bmax×d×Km×Kc） 这里的， Pt：输入及输出功率的平均值，W； Bmax：Bmax=Bsat/2； d：d=4~5A/mm2； Km：窗口的铜填充系数，0.4； Kc：铁氧体的磁心系数，1。 小功率Ae的估算经验公式在第五章有说明。
变压器的原理图
变压器制作工艺
变压器其他参数设定
1、选用新康达EF20磁芯；选用鑫雄辉EF20的10脚（脚间距为 3.75±0.3mm,两排之间的跨距为 15.5±0.5mm）卧式标准 骨架（长*宽*高为：22*22*18.5mm）； 初级的电感量（1-4脚）为1.3mH；漏感LK≤30uH； 高压测试时， AC 3500V,60 秒状态下， N1/N3 与 N2/N5 之间 的电流小于5mA(“ / ”表示测试时相互短接)； 绕 组 之 间 的 绝 缘 电 阻 ≥ 1 0 0 MΩ；N1/N3 与 N4 之 间 耐 压 ≥AC500V；变压器的底部要用绝缘胶布缠绕，防止漏电； 按顺序绕制，先绕 N1（40TS），再绕 N2/N5（6TS）（注意 这里的 N2 和 N5 是同时并绕的），再绕 N3（40TS），最后绕 N4(10TS)； 侧面贴标签，并标注生产日期；随样品提供确认书及测试报告；
计算变压器的次级匝数
其次级匝数为： Ns=(Np*(Vout+Vd)×(1Dmax))/(Vinmin×Dmax)
计算变压器的线径
变压器的线径计算是有规定的，特别是 反激式电源变压器更应该注意？
自然冷却时d=1.5~4A/mm2，强迫冷 风时3~5A/mm2。 在不同的频率下选取d也是不同的，在 200KHz以下时，一般为4~5A/mm2， 在200KHz以上时，一般为 2~3A/mm2。
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.T on(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/[?(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)*T on(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*?],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'/? (1)K=1-[Vin(min)* Ton(max)]/(Ip1*Lp) (2)由(1)(2)得:Ip1=1/2*{2*Pout'*T/[?* 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.。
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参数要求
INPUT MIN
90VAC INPUT MAX 265VAC OUTPUT 1
19VDC I 3.16A Po
60.04W OUTPUT 2
12VDC I 0.1A Po
1.2W OUTPUT 3
0VDC I 0A Po
0W NVcc
12VDC I 0A Po
0W 工作频率Fs
70KHz Dmax=0.5Ae 70.3步骤1求CORE 137.79
0.2T
AP=0.62cm4
步骤2 估算臨界電流 IOB ( DCM / CCM BOUNDARY )
IOB = 80%*Io(max)
IoB = 2.528
步骤3求匝數比 n
N = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)]
107.26
N= 5.4447*1= 5.44
步骤4求CCM / DCM臨界狀態之副邊峰值電流ΔISB.
ΔIsb = 2Iob / (1-Dmax)=10.112A
步骤5計算次級電感 Ls 及原邊電感 Lp.
Ls = (Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / ΔISB =0.14070.013916
=13.916uH
Lp = n2 Ls =412.5193uH
步骤6求CCM時副邊峰值電流ΔIsp.
Io(max) = (2ΔIs + ΔISB) * (1- Dmax) / 2
ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) - (ΔISB / 2 )
ΔIsp = ΔISB +ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) + (ΔISB / 2 )
=11.376A
步骤7求CCM時原邊峰值電流ΔIpp.
ΔIpp = ΔIcp / n = 2.089383A
步骤8
確定Np、Ns
1> Np Np = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae)=61.302T 2> Ns Ns = Np / n =11.259T 3> Nvcc
求每匝伏特數Va Va = (Vo + Vf) / Ns= 1.7497V/Ts Nvcc = (Vcc + Vf) / Va =7.0298T 本文介绍了设计反激变压器的步骤及公式，在红色框内输入数据即可.....
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...反激变压器设计
AP= AW*Ae=(Pt*100000)/(2ΔB*fs*J*Ku)
VIN（min）=△B = 0.6 * (390 - 60) = 198mT ≒传递功率Pt = Po /η +Po = J : 電流密度 A / cm2 (300~500)
Ku: 繞組系數 0.2 ~ 0.5。