开关电源变压器的设计案例
半桥开关电源变压器设计方案
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半桥开关电源变压器的发展趋势
高效率
• 优化磁芯、绕组的设计
• 提高开关管的工作频率
小型化
• 采用高磁导率的磁芯材料
• 优化绕组的排列方式
绿色环保
• 采用无铅、环保的材料
• 提高设备的能效性能
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02
半桥开关电源变压器的设计原理
常规测试
• 直流输出电压、电流、功率等测试
• 交流输入电压、电流、功率等测试
性能测试
• 效率、损耗、绝缘性能等测试
• 负载、短路、过载等条件下的测试
半桥开关电源变压器的故障诊断与排除
故障诊断
故障排除
• 通过测试数据、现象进行分析
• 对故障部位进行维修、更换
• 判断故障类型、部位
• 进行调试、测试，确保设备正常运行
半桥开关电源变压器的安全设计
绝缘性能
• 采用绝缘材料，保证绕组与磁芯之间的绝缘
• 考虑绕组、磁芯的耐压性能
散热性能
• 采用散热材料，保证设备的正常运行
• 考虑散热、通风设计，提高散热效果
抗震动性能
• 采用抗震动材料，保证设备在振动环境下的稳定运行
• 考虑设备结构、安装方式等因素
【我是工程师】单端正激双管式开关电源设计之变压器设计
【我是工程师】单端正激双管式开关电源设计之变压器设计（cjhk完成于江苏泰州）最近电源网举行我是工程师这个活动，看到礼品这么丰富，我也忍不住想凑个热闹，准备把以前自己动手设计的一款电源贴出来和大家共享，其中借鉴了一些资料，难免会有一些差错，希望大家能及时指证。
因为有两个月左右的时间，所以我自己的规划是：首先分析单端正激式变换器拓扑结构，接着根据我自己的项目分析单端正激式电路的高频变压器设计方法，再其次是分析使用到的电源管理芯片的特性及功能，同时分析功率MOS的选择与计算功率损耗，最后是各功能电路的分析并贴出原理图。
整个项目大概的时长差不多1个半月。
主要是工作比较忙，只能抽晚上的时间来和大家分享，很多地方分析的会不到位，计算的公式以及原理什么的都只是自己的理解，会有错误，望大家及时指正。
单端正激式开关电源，一般适用与200W以下的开关电源（至于为什么是200W，我没有真正去验证过，找了好些资料，都是这么说的，希望有高手能解释一下为什么不能超过200W）。
我以前见过1200W的单端正激式开关电源，功率模块用的是IGBT，不过效率不高。
常见的单端拓扑结构，通常都是带有去磁绕组。
去磁绕组的圈数和初级绕组的圈数相同，主要目的是为了防止变压器磁饱和。
理想的正激拓扑结构的高频变压器磁芯是不需要有去磁绕组的，因为初级获得的能量都会完全传递到次级。
但是实际的情况是因为磁芯工作的区间的第一象限，每次初级获得能量在传递到次级时，磁芯都会有一些能量的残留，当残留的能量不断累加到达磁芯饱和的阙值点时，变压器发生磁饱和（磁通量为零，电流无穷大，至此变压器就会烧毁）。
为了防止变压器磁饱和，需要加入去磁绕组（也称复位绕组）。
去磁绕组的方向和初级绕组的方向正好相反，每次初级将能量传递到次级时，残余的能量和去磁绕组中的能量方向相反，正好抵消。
至于去磁绕组和初级绕组是如何绕制的，查了几本书，都说是紧密绕制。
在《变压器与电感器设计》（龚绍文翻译）这本书中写道是双线并绕，我想了很长时间没有搞懂。
(整理)变压器设计s实例
第三章 变压器设计RCC 变换器的核心设计就是开关变压器的设计，许多书上都有介绍，但是不太实际，讲得比较繁琐和抽象，此章我也会先讲理论，再讲如何简化开关变压器的设计，使设计更贴近现实。
第一节 开关变压器的设计理论下面我们以输出功率为5瓦以下的开关电源为例，讲解一下开关变压器的设计。
1 电气要求：1． 输入电压：AC 90-264V/50-60HZ2． 输出电压：5±0.2 V3． 输出电流：1A2 设计流程介绍：2.1 线路图如下：说明：W1，W3是做屏蔽用的，对EMI 有作用；Np 是初级线圈(主线圈)；Nb 是辅助线圈；Ns 次级线圈（二次侧圈数）。
2.2 变压器计算:2.2.1 变压器的参数说明:依据变压器计算公式Gauss x Aex Np Ip x Lp B 100(max ) ➢ B(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(cm 2)➢B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以浙江东磁公司的DMR40为例，100℃时的B(max)为4000 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3600 Gauss 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，所以可以做较大瓦数的Power 。
2.2.2 决定占空比:由以下公式可决定占空比 ，占空比的设计一般以50%为基准，占空比若超过50%易导致振荡的发生。
xD Vin D x V Vo Np Ns D (min))1()(-+= ➢ N S = 二次侧圈数➢ N P = 一次侧圈数➢ V o = 输出电压➢ V D = 二极管顺向电压➢ Vin(min) = 滤波电容上的最小电压值 ➢ D =占空比 2.2.3 决定Pout ，Ip ，Lp ，Nps ，Np ，Ns 值: Pout=V2 x Iout x 120% V2=V out + Vd + Vt ηx D x Vin Pout p I (min)1= 因为I1p 是峰峰值，如下图：所以 611p I prms I = Lp=T x Pout x Ton x Ton x Vin x Vin 2η 简化后 Lp=prms I Ton x Vin 1 =Nps xD Vin D x V Vo D (min))1()(-+ 610max Ae 11x B x p L x prms I x Nps Ns >= ➢ Ip = 一次侧峰值电流 ➢ I1p = 一次侧尖峰电流值 ➢ Pout = 输出瓦数 ➢ Vd=开关二级关的正向压降一般为0.55V ➢ Vt=输出滤波线圈的压降，一般取0.2V ➢ =η开关变压器的转换效率 ➢ =f PWM 震荡频率➢ Nps 次级与初级的匝比 ➢ Np 初级线圈圈数，Ns 次级线圈圈数 2.2.4 决定变压器线径及线数: 当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例
正激式变换器(正激开关电源)的设计实例作为功率变压器的一个设计实例，下面我们将设计正激式变换器中的变压器。
显然，这种变压器也不是用于我们的buck变换器中。
现在，我们考虑设计要求：输入电压为直流48V(简便起见，不需要考虑进线电压的波动范围)，输出电压为5V，功率100W，开关频率为250kHz，基本电路图如图所示。
容易得到，输出电流为100W／5V=20A。
这个电流值是比较大的，为了减少绕组电阻，副边的线圈匝数应该尽量取小。
这意味着取变比(原边匝数除以副边匝数)的时候，副边最少匝数取为1。
我们来看看变比为整数时会出现什么问题。
1 匝数比=1：1匝数比=1：1，即原边与副边的匝数相等。
当开关导通时，48V输入电压全部加在变压器的原边。
同样，副边也得到48V的电压(忽略漏感)，并加于续流二极管两端。
实际上，具有低通态电压的肖特基功率二极管其最大阻断电压为45V左右。
48V的电路中，至少要采用电压为60V的器件，如果电压有过冲或者输入电压有波动，那么要求采用更高电压的器件。
二极管的反向阻断电压越高，其通态电压也越高，变换器的效率将会降低。
在低输出电压的变换器中，整流二极管的通态电压是一个常见的问题。
原因很明显：电感中的电流要么流过整流二极管，要么流过续流二极管，无论哪种情况，在二极管中总会产生一个大小为VfI的损耗。
二极管的损耗使变换器效率进一步下降。
这部分功率不在总功率V outI之中。
解决这个问题的唯一方法是采用同步整流器，但是其驱动非常复杂(同样的道理，当输出Vout降到3.3V，甚至更低时，必须使用同步整流器)。
不管怎么样，对于一个高效率的变换器而言，如果不采用同步整流器，1：1的变压器匝数变比不是一个很好的选择(对我们的例子而言)。
2 匝数比=2：1这时原边匝数是副边的2倍，所以加在原边的电压为48V，副边和二极管上的电压为24V，可以使用肖特基功率二极管。
正激式变换器占空比近似为DC=V out／Vsec=5V／24V=21％(忽略肖特基功率二极管的通态电压Vf)。
单端反激式开关电源变压器的设计
· ５９ ·研制开发单端反激式开关电源变压器的设计顾伟康（国网浙江省电力有限公司 湖州供电公司，浙江文章针对开关电源变压器设计中存在公式繁多，参数计算困难等问题，提出了一种简单实用的设计方法。
该方法统一了变压器工作在电流连续模式和断续模式下的计算公式，有效解决了原边电感值、线圈匝数、线径、磁芯大小等参数的设计，降低了设计难度，提高了设计效率，并给出了设计实例。
开关电源；反激式变压器；参数Design of Single-Ended Flyback Transformers in Switching Power SupplyGU WeikangHuzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co.The paper puts forward a simple and practical design method for there are many issues such as various parameter calculation difficulty in switching power supply transformer. This method unified the formulas of current continuous mode and current discontinuous mode ，effectively solved the original side inductance value core size and so on ，reduced the design difficulty 图1 单端反激式变压器原理图2 单端反激式变压器的设计单端反激式变压器设计流程图如图2所示。
根据下面步骤设计合适的变压器。
2.1 确定系统要求V acmax ，V acmin ，U max ，U min ，V o ，P o ，η等参数值的确定。
开关电源变压器设计
开关电源变压器设计1.前言2.变压器设计原则3.系统输入规格4.变压器设计步骤4.1选择开关管和输出整流二极管4.2计算变压器匝比4.3确定最低输入电压和最大占空比4.4反激变换器的工作过程分析4.5计算初级临界电流均值和峰值4.6计算变压器初级电感量4.7选择变压器磁芯4.8计算变压器初级匝数、次级匝数和气隙长度4.9满载时峰值电流4.10 最大工作磁芯密度Bmax4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率4.13 计算绕组的铜损4.14变压器绕线结构及工艺5.实例设计—12W Flyback变压器设计1. 前言◆反激变换器优点：电路结构简单成本低廉容易得到多路输出应用广泛，比较适合100W以下的小功率电源◆设计难点变压器的工作模式随着输入电压及负载的变化而变化低输入电压，满载条件下变压器工作在连续电流模式 ( CCM )高输入电压，轻载条件下变压器工作在非连续电流模式 ( DCM )2. 变压器设计原则◆温升安规对变压器温升有严格的规定。
Class A的绝对温度不超过90°C；Class B不能超过110°C。
因此，温升在规定范围内，是我们设计变压器必须遵循的准则。
◆成本开关电源设计中，成本是主要的考虑因素，而变压器又是电源系统的重要组成部分，因此如何将变压器的价格，体积和品质最优化，是开关电源设计者努力的方向。
3. 系统输入规格输入电压：Vacmin~ Vacmax输入频率：f L输出电压：V o输出电流：I o工作频率：f S输出功率：P o预估效率：η最大温升：40℃4.0变压器设计步骤4.1选择开关管和输出整流二极管开关管MOSFET:耐压值为V mos输出二极管:肖特基二极管最大反向电压V D正向导通压降为V F4.2计算变压器匝比考虑开关器件电压应力的余量(Typ.=20%)开关ON ：0.8·V D > V in max / N + V o开关 OFF ：0.8·V MOS > N·( V o+ V F) + V in max匝比：N min < N < N max4.3 确定最低输入电压和最大占空比输入滤波电容：2µF~3µF/W最低输入电压 ( 假设tc=3ms )V in min =√(√2V VV VVV)2−2 × V VV ( V2 − V V V VV最低输入电压，最大功率时，占空比最大D maxD max = V ∙ ( V V + V V )V ∙ ( V V + V V ) + V VV VVV4.4 反激变换器的工作过程分析低输入电压时，负载从轻载到重载，变压器经历从DCM →BCM →CCM 的过程 高输入电压时，负载从轻载到重载，变压器一直工作在DCM4.5 计算初级临界电流均值和峰值按照最小输入电压，最大输出功率(Pomax)的条件计算P o = 1/3P o max时，变换器工作在BCMP o < 1/3P o max时，变换器工作在DCMP o > 1/3P o max时，变换器工作在CCMBCM模式下，最小输入电压时的平均输入电流I in-avg = 13∙ V VVV VV VVV变压器初级临界电流峰值∆I p1 = I pk1 = 2 × V VV−VVVV VVV4.6 计算变压器初级电感量最低输入电压，BCM条件下，最大通时间T on max = 1V V × Dmax变压器初级电感量Lp = V VV VVV × V VV VVV∆V V14.7 选择变压器磁芯基于输出功率和开关频率计算面积乘积，根据面积乘积来选择磁芯AP p = V V × 1062 × V × V V × V V × V V × V V × VK o 是窗口的铜填充系数：取 K o =0.4K c 是磁芯填充系数；对于铁氧体磁芯取 K c =1 Bm 是变压器工作磁通密度，取 B m ≤12 VVVV j 是电流密度，取 j = 4.2A/mm 2考虑绕线空间，尽量选择窗口面积大的磁芯，查表选择Aw 和Ae4.8 计算变压器初级、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度初级绕组的匝数N p =V in min × t on maxA e ×B m×108增加或者减小匝数只会分别引起磁芯损耗减小或增加在100kHz 条件下，损耗与B2.86成正比，匝数减小5%会使磁芯损耗增加15%次级绕组匝数 N s = N p / N辅助绕组匝数 N cc = ( V cc + 1 ) × N s / ( V o + V F )气隙长度 : l g = 0.4 V × V V × V 2V V4.9 满载时峰值电流CCM 时，T on max 固定不变输入电压不变，BCM 的T on max 等于CCM 的T on max T on max 内，电感电流线形上升增量 ∆I p1 =V VV VVV × V VV VVVV V= ∆I p2低输入电压，满载条件下 P o = 12×η× L p × (I 2pk2 – I 2pk0 ) × f s变压器初级峰值电流 I pk2 =V V / VV VV VVV × V VVV+∆V V224.10 最大工作磁芯密度B maxB max =V V × V VV2V V × V V×108 < B sat如果B max <B sat ，则证明所选择的磁芯通过，否则应重新选择4.11 计算变压器初级电流、副边电流的有效值梯形波电流的中值 ：I a = I pk - ∆V2电流直流分量 ：I dc = D max × I a电流有效值 ： I prms = I a √V VVV电流交流分量 ：I ac = I a √VVV (1−V VVV )4.12 计算原边绕组、副边绕组的线径，估算窗口占有率导线的横截面积自然冷却时，一般取电流密度j = 4A / mm2初级绕组：S p = I prms ( A ) / 4 ( A / mm2 )副边绕组：S s = I srms ( A ) / 4 ( A / mm2 )线径及根数集肤深度δ= 6.61 / √V V cm导线线径不超过集肤深度的2倍，若超过集肤深度，则需多股并绕根据安规要求考虑加一定宽度的挡墙2窗口占有率K0A w≥ N p ×V×V V2+ N s ×V×V V2+ N cc ×V×V VV4.13计算绕组的铜损根据导线的电阻和集肤深度，确定每个绕组的铜损耗总损耗一定要小于预算损耗，温升经验公式∆T ≈800 × V VVVV34 × √V V×V V4.14变压器绕线结构及工艺骨架的选取：累计高度、宽度绕法：初级和次级交错式(三明治)绕法：漏感小5. 设计实例—12W开关电源变压器设计5.1系统输入规格输入电压：90Vac~265Vac输入频率：50Hz输出电压：12V输出电流：1.0A输出功率：Po=12W开关频率：50kHz预估效率：0.75输入最大功率：Pin=16W变压器最大温升：40℃5.2开关管MOSFET和输出整流二极管开关管MOSFET耐压: V mos=600V输出二极管：反向压降V D=100V ( 正向导通压降V F=0.5V )5.3计算变压器匝比0.8 ∙ V D > V in max / N + V o 0.8 × 100 > 375 / N +120.8 ∙ V mos > N ∙ ( V o + V F ) + V in max 0.8 × 600 > N × ( 12 + 0.5 ) +3755.5 < N < 8.4取 N = 65.4 最低输入电压和最大占空比选择C in =22µF 最低输入电压：V in min = √(√VV VVV)2−2 × V VV ( V2 − V V )V VV= √1272−2 ×16 ×7 × 10322 × 10−6≈77V最大占空比 ：Dmax = V ∙ (V V + V V )V ∙ ( V V + V V )+ V VV VVV = 6 × 12.56 ×12.5+77= 0.495.5 计算初级临界电流均值和峰值I in-avg = 13∙ V VV V VV VVV = 163 ×77= 0.07 A∆I p1 = I pk1 = 2 × V VV −VVV V VVV = 2 ×0.070.49= 0.285 A5.6最大导通时间和初级电感量最大导通时间 ： T on max = 1V V× D max = 9.8 VV变压器初级电感量 ： L p = V VV VVV ×V VV VVV ∆V V1= 77 ×9.8 × 10−60.285 ≈ 2.7mH5.7 变压器磁芯面积AP p = 12 × 1062 ×0.75 ×0.42 × 50 × 10×1600 ×4= 0.066 cm 2( 铁氧体磁芯 B sat = 3900G , 取 B m = 1600G )查表EF20 A e = 0.335 cm 2，A w = 0.6048 cm 2AP = A w * A e = 0.202 cm 2 > 0.066 cm 25.8 变压器初级匝数、次级匝数、辅助绕组匝数和气隙长度N p =77 ×9.8 × 10−60.335 ×1600×108 = 140.7 取 N p= 140 TsN s = 140 / 6 = 23.3 Ts 取 N s = 23 TsN cc = 19 × 23 / 12.5 ≈ 35 Tsl g = 0.4V ×33.5 × 14022.6= 0.2 mm5.9 满载时峰值电流、最大工作磁通密度I pk2 = VV / V VVV VVV ×VVVV + ∆VV 2 = 1677 ×0.49+ 0.14 = 0.56 ABmax = VV ×VVV2VV ×VV = 2.6×10−3 × 0.560.335 ×140×108 = 3100G < 3900G5.10 变压器初级电流、副边电流的有效值原边各电流：电流中值I pa = 0.42A 电流有效值I prms = 0.29A电流直流值I pdc = 0.20A 电流交流值I pac = 0.208A副边各电流：电流直流值I sdc = 1A 电流有效值I srms = 1.38A电流中值I sa = 1.92A 电流交流值I ac = 0.959A5.11 计算原边、副边绕组的线径，估算窗口占有率线径及根数集肤深度δ= 6.61 / √V V= 6.61 / √50× 103 = 0.29 cm导线的横截面积：电流密度j = 4.2~5A / mm2初级绕组：S p=0.068mm2→Φ0.25mm ×1P→R DC = 4.523mΩ/cm( 100℃ )副边绕组：S s = 0.328mm2→Φ0.40mm×2P→R DC = 0.892mΩ/cm ( 100℃ )Vcc绕组：S cc = 0.1/4.2 = 0.024mm2→Φ0.1mm×2P窗口占有率：0.4 × 60.48 ≥ 140 ×π× 0.1252 + 23 ×π× 0.22 + 35 ×π×0.08224.2 ≥ 13.6 OK5.12 计算绕组的铜损平均匝长 l av = 23.5 mm各绕组绕线长度：原边 l Np = 140 × 23.5 = 329 cm副边 l Ns = 23 × 23.5 = 54.0 cm各绕组直、交流电阻：原边R pdc =1.45Ω R pac =2.38Ω副边R sdc =0.024Ω R sac =0.038ΩVcc 绕组电流过小，忽略绕组损耗各绕组损耗：P u = 0.30W{V V = V VVVV 2× V VVV + V VVV 2 × V VVV =0.22V V V = V VVVV 2× V VVV + V VVV 2 × V VVV =0.08V5.13 计算绕组的铁损计算铁损：查磁芯损耗曲线，PC40在 ΔB = 0.15T 时为80mW / cm 3 铁损 P Fe = 80 × 1.5 = 0.12 W估算温升总损耗 P loss = 0.12 + 0.30 = 0.42 W经验公式 ∆T ≈ × .343356048 = 22℃ < 40℃设计 OK5.14 变压器绕线结构及工艺绕线宽度高度累计查EF20 Bobbin 绕线宽度W=12.1mm ，高度H=2.9mm0.25mm ，最大外径0.275mm 每层35T ，W1=9.62mm0.40mm ，最大外径0.52mm 每层23T ，W2=11.9mm0.10mm ，最大外径0.13mm 每层35T ，W3=9.1mm(0.1mm×2P)总高度 = 0.275×4 + 0.52 × 2 + 0.13 × 3 + 0.03 × 7 = 2.74 mm绕线结构次级→初级→次级。
分享 一种小功率开关电源变压器设计和制作
分享一种小功率开关电源变压器设计和制作
电源变压器在最近几年的发展和应用中，逐渐呈现出了专业性的特点，小功率的开关电源变压器设计和制作也更加符合民用要求。
在今天的方案分享中，我们将会为大家分享一种小功率的电源变压器设计和制作过程，方便工程师们进行参考借鉴。
在今天的开关电源变压器方案分享中，我们将会通过一个企业民用的输入85~265V、输出5V，2A，开关频率是100kHz的小功率开关电源为例加以说明。
这种电源变压器的系统电路图如下图所示。
小功率开关电源变压器系统电路图
在了解了这种小功率的开关电源变压器系统电路设置后，首先要做的就是选定原边感应电压VOR，原边感应电压值直接决定了电源的占空比。
当变压器的开关管开通的时候，有公式I=Vs*Ton/L，其中参数Vs为原边输入电压，参数ton为开关开通时间，L为原边电感量。
而在开关管关断的时候，有公
式I=VOR*Toff/L，其中参数VOR为原边感应电压，即放电电压，Toff为开关管关断时间，L为电感量。
经过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来的数值，因此该公式变为：VS*TON/L=VOR×TOFF/L，D来代替TON，用1-D来代替Toff，移项可得D=VOR/（VOR+VS），此即是最大占空比了。
则在该系统电路的实例中，该公式为D=80/（*80+90）=0.47。
接下来的工作，是确定这种开关电源变压器的原边电流波形的参数。
原边电流波形的计算也同样是需要利用公式完成的，此时代入公式，即峰值电流*KRP*D+峰值电流*（1-KRP）×D，所以有电流平均值等于上式，解出来峰。
反激式开关电源变压器的设计案例
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开关电源变压器设计实例(详细公式)
高频率变压器的设计例: 输入电压:85~264V输入电压频率:50/60HZ输出电压::12VDC输出电流:5A一、选择CORE的大小:通常按输出功率查CORE厂商的资料,根据CORE高度,在100KHz,与之对应的功率选择功率型的CORE.查TDK PQ2620 PC4 Ui=2300Nh Ae=119mm2 Bs=380mT(100℃) Br=140mT(23℃)二、计算输入电流平均值:PoutIav=η*Vin〈min〉Vin〈min〉=90V*√2-20〈直流涟波及整流管压降〉=110〈V〉η----效率 V out≧12V η=80~85%V out＜12V η=75~80%此处选η=80%60Iav= = 0.68〈A〉0.8*110三、计算输入峰值电流大小:2 IavIp2连续工作模式(CCM) 不连续工作模式(DCM) CCM----连续工作模式,L ηEMC 差适合小功率DCM----不连续工作模式, L ηEMC 好适合大功率2*0.68Ipk= = 1.92〈A〉(1+0.55)*.45四、计算初级电感:Vin(min)．DmaxLp=Ip‧fDmax=0.4~0.5 此处选Dmax=0.45工作频率选f=62KHz110*0.45Lp= <H>=0.423mH =423uH1.95*60*103五、计算初级匝数:Lp*Ip Vin‧TonNp= = *104Ae‧B B‧Ae1Ton= * 0.45 = 7.5us60*103Ae---- 铁芯截面积B---- 2000~2500 高斯,此处选B=2250高斯.110*7.5Np= * 104 =30.8(TS) 选取 31TS2250*1.19六、计算次级匝数Vin(min)‧Ns‧Dam=(V o+V D)‧Np‧(1-Dam)(V o+V D)‧Np‧(1-Dam) ( 12+0.5 )*31*0.55Ns= = =4.3(Ts) Vin(min)‧Dmax 110*0.45此处选Ns= 5Ts七、修正初级圈数和电感:Vin(min)．Ns．Dmax 110*5*0.45Np= = = 36匝(V o+V D)‧Np‧(1-Dam) 12.5*0.55Np．Ae．BLp= *10-4 uH36*119*2250=八、计算Nb(V o+V D)Nb=6.68Ts 选 Nb=7Ts 故 Np:Ns:Nb=36:5:7 Lp=500uH九、计算电流的大小:1.初级电流有效值IrmsIrms=Ipk．√Dmax．(Krp2/3-Krp+1) 或 (Irms=Ipk/√6)Kpp----最小值 0.6<连续模式>,最小值1.0<不连续模式>此处选Krp=0.92 Irms=1.95/√6=0.8A2.次级峰值电流IspkNp． Ipk=Ns IspkIspk=1.95*36/5=14(A)3.次级电流有效值Isrms=Ispk．√(1-Dmax)．Krp2/3-Krp+1)或 9(Isrms=Ispk/√6)Isems=14/√6=5.75(A)。
开关电源设计经典实例.pdf.pdf
摘要开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。
它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本取代了线性电源，并迅速想大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。
可以说，开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。
本文首先描述了开关电源的发展，对目前出现的几种典型的开关电源技术作了归纳总结和分析比较，在此基础上指出了开关电源技术的发展状况和开关电源产品的发展趋势。
并且对开关电源的发展史、应用范围、主电路的选择、控制方法作了简要的介绍。
在设计中主要采用了脉宽调制（PWM）、全桥整流、自锁保护等技术，应用了控制芯片UC3842做为PWM控制芯片，对变压器次级线圈采用堆叠式绕法，改进光耦反馈电路的选择，使电路能达到所需基本要求同时，力求稳定、高效。
关键字：开关电源，拓扑结构，变压器，正激式AbstractThe switch power supply is a kind of electric power electronics which applies in the extensive realm to be used.It has an electric power conversion's efficiency high, the physical volume is small, the weight is light, the control accuracy is high with fast etc. advantage, within the scope of small power replaced line power supply, and in high-power scope propulsion quickly, to a large extent,it replaced the thyristor phase - controlled rectifying power supply.We can say, the switch power supply technique is the essential technique which wins small electric power transformation of the power direct current to equip currently.This text described the development of switch power supply first, to a few kinds which appear currently typical model of the switch power supply technique made to induce summary and analysis comparison, pointing out the development trend of the technical development condition of the switch power supply and switch power supply product on this foundation.And introduce the switch power supply’s phylogeny,application, main electric circuit of power supply and controled a method. The design adopted PWM, the whole bridgeses commutated, lock protection etc. technique, applied control the chip UC3842 to be used as PWM control chip, the transformer adoprt adopt pile circle, improve the choice of the electric circuit, make the electric circuit be able to attain need basic request in the meantime, try hard for stability, efficiently.Key words：Switch power supply，topology，transform，Forward目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................ I I 目录 .. (III)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源的发展历史 (1)1.2.1 国外发展历史 (1)1.2.2 国内发展状况 (2)1.3 目前需要克服的困难 (2)1.4 开关电源的发展趋势 (3)1.5 本文的设计要求 (4)2 开关电源的工作原理 (6)2.1 开关电源的基本构成 (6)2.2 开关电源常用的拓扑结构分析 (6)2.2.1 降压型 (6)2.2.2 升压型 (7)2.2.3 升降压型 (8)2.2.4 反激式 (9)2.2.5 正激式 (11)2.2.6 推挽式 (12)2.3 拓扑结构的确定 (13)3. 基于UC3842的开关电源的设计与实现 (14)3.1 开关电源电路的设计 (14)3.1.1 开关电源电路的总体简介 (14)3.1.2 基于UC3842的基本结构 (14)3.1.3 各部分功能简介 (14)3.2 UC3842芯片简介 (15)3.2.1 UC3842的特点 (15)3.2.2内部结构和引脚图 (16)3.2.3 引脚功能 (16)3.2.4 芯片工作原理 (17)3.3 各部分回路设计 (18)3.3.1 主回路的设计 (18)3.3.2 控制保护回路的设计 (21)3.3.3 反馈电路的设计 (23)3.4 外围主要器件的选取 (23)4. 开关电源变压器的设计 (28)4.1 与变压器相关的一些基本概念 (28)4.2 变压器用料介绍 (30)4.3 高频变压器的设计 (32)4.4 变压器的绕制方法 (35)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录总原理图 (41)1 绪论1.1 引言电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
开关电源变压器 实例
开关电源变压器实例
开关电源变压器实例如下：
以输入电压为85~264V，频率为50/60HZ，输出电压为12VDC，输出电
流为5A的单端反激式开关电源为例。
1. 高频变压器的设计：首先选择适当的磁芯大小。
通常根据输出功率，查找磁芯厂商的资料，根据磁芯高度，在100KHz的频率下选择相应的功率型磁芯。
例如，查TDK PQ2620 PC4，其参数为Ui=2300Nh，Ae=119mm^2，Bs=380mT(100℃)，Br=140mT(23℃)。
2. 计算输入电流平均值：Pout/Iav=n Vin min。
其中，Vin min=90V V2-20直流涟波及整流管压降=110V。
n为变压器匝数比。
以上是开关电源变压器设计的一种实例，实际应用中需要根据具体需求进行设计。
如有需要，建议咨询专业工程师或查阅相关文献资料。
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。
开关电源12、变压器设计
变压器设计
1
变压器设计
变压器(Transformer)
NP
NS
变压器设计
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变压器设计
Low profile transformer on PCB
变压器设计
3
变压器设计
DC/DC Converter with Integrated PCB Magnetics
变压器设计
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变压器设计
一、面积相乘法设计 NP NS
变压器设计
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变压器设计
四、不同电压的感生电势公式推导 1. 方波电压波形 方波电压U加在电感两端, 电感流过三角波电流. 三角波电流产生的交变磁场 感应出的电势E. 若电感视为理想, E等于U. 于是 T U
U
U T i 2 I max ( ) L 2 另 LI max N
E U 4LI max f 4Nf
kW AW N P APW NS ASW
Where
(3)
kW APW ASW
窗口利用系数, 一般取0.4
原边绕组每匝所占窗口面积
副边绕组每匝所占窗口面积 分别为原副边绕组匝数
NP , NS
AW
AW
变压器设计
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变压器设计
一、面积相乘法设计 2. 磁芯窗口面积AW 的使用(续)
APW
ASW
Where
Ae AW
Ae:有效铁芯面积
Ae
Aw：窗口面积
AW
变压器设计
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变压器设计
一、面积相乘法设计 UP
NP NS
1. 为了保证磁芯不饱和, 必须满足关系式
U P k f f s NP Bm Ae
单端反激式开关电源变压器设计
单端反激式开关电源变压器设计输入Vacmin Vacmax 电源功率(W) Pout 预设效率(%) η 工作频率(KHz) f MOS耐压(V) Vmosmax 连续模式输入断续模式输入输入电压(V) 磁芯预选：磁芯型号磁芯截面(mm2) Ae 磁感应强度(T) Bw 输出电压(V) 输出电流(A) 辅助电压(V) 辅助电流(A) Vout Iout Va Ia 86.00 265.00 45.00 87.00 70.00 600.00 0.50 1.00 0.50 EE13 EE13 17.20 0.20计算结果Vdcmin Vdcmax 反射电压(V) Vf 周期μ s T 最大导通时间( μs) t 最大占空比Dmax 输入功率(W) Pin 初级电流Ip 最大电感量(mH) Lp 初级次级匝数比n 磁芯气隙(cm) lg 输入电压(V) 初级匝数(Turn) 初级线径(mm) 次级匝数(Turn) 次级线径(mm) 辅助匝数(Turn) 辅助线径(mm) Np Dp Ns Ds Na Da次级参数：26.00 1.40 18.00 0.10使用说明: A,首先输入表格左侧已知参数，则相应数据会在右侧对应栏中得出B,变压器磁芯必须预选，Ae,Bw查磁芯规格书。
EE磁芯可以参考下表C,连续模式输入0.5,断续模式输入1 D,使用的时候请按照顺序输入，否则会打乱运算步骤。
附：EE磁芯参数表单端反激式开关电源变压器设计依据MOS管耐压的变压器设计初级参数输入Vacmin输入电压（V）Vacmax电源功率（W）Pout预设效率（%）η工作频率（KHz）fMOS耐压（V）Vmosmax连续模式输入断续模式输入磁芯预选：磁芯型号磁芯截面（mm2）Ae磁感应强度（T）Bw输出电压（V）输出电流（A）辅助电压（V）辅助电流（A）VoutIoutVaIa86.00265.0045.0087.0070.00600.000.501.000.50*****317 .200.20计算结果Vdcmin输入电压（V）Vdcmax反射电压（V）Vf周期μsT最大导通时间( μs)t最大占空比Dmax输入功率（W）Pin初级电流Ip最大电感量（mH）Lp初级次级匝数比n磁芯气隙（cm）lg初级匝数（Turn）初级线径（mm）次级匝数（Turn）次级线径（mm）辅助匝数（Turn）辅助线径（mm）NpDpNsDsNaDa次级参数：26.001.4018.000.10 使用说明:A,首先输入表格左侧已知参数，则相应数据会在右侧对应栏中得出B，变压器磁芯必须预选，Ae，Bw查磁芯规格书。
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
PD66W快充开关电源变压器设计步骤
PD66W快充变压器设计步骤输入：85VAC-265VAC 50HZ输出：3.5V/500MA 5V/2A 10V/4A 11V/6A电源芯片工作频率：75KHZ左右第一步，选择变压器规格，利用AP法，VE法，客供，本例变压器为客供。
关键参数如下：AE=108mm~2,槽宽M=8.76mm,槽深Md=3.5 mm。
第二步，匝比的计算，假设输出整流二极管的反向耐压为Vd,导通压降Vf,初级MOS管反向耐压为Vmos,匝比为N ,输入最大直流电压Vinmax=375V。
由于输出存在多档位电压参数，在计算匝比的时候需要采用几档输出电压的平均值来计算即：Vo=(3.5+5+10+11)/4=7.375V当初级MOS管导通时，输出整流处于关断状态，那么加载在二极管的反向电压满足下面关系，预留20%余量。
0.8Vd>Vinmax/N+Vo 初步采用100V耐压的整流二极管，得出下列式子：0.8*100V>375/N+7.375V得出：N>5.181当初级MOS管关闭时候，加载在MOS两端的电压满足一下关系,预留20%余量。
0.8Vmos>(Vo+Vf)*N+Vinmax+Vpk Vpk为漏感尖峰，取Vpk=50V，MOS管耐压650V，得出下列式子：0.8*650>(7.375+0.6)*N+375V+50V得出：N<11.9122N取最大和最小值得平均值N=9。
N的取值会影响初级和次级的最大反向峰电压值，N太大，初级峰值就会变高，对MOS管不利，N太小，输出整流管反向峰值就会变高，对二极管不利。
第三步，初级线径的计算，我们假设初级为Dp，电流密度取4A/mm~2，Iavr为初级平均电流，Iapk为初级峰值电流，Vinmin为最小输入直流电压=85*1.414=120.19V，电源效率为η（关于效率的取值，本人热衷于向USA的能效等级看齐，以11V6A的参数，按照6级能效标准，效率为88%）。