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: Iୟ୴୥ൌ୔౟୚౟౤ሺౣ౟౤ሻ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:W
Io:
Po=Vo*Io
η:0.85
P୧ൌ
P୭
η
2.峰值电流
1T=10000G s
输入峰值电流:I୔୏ൌ୏כ୔౥
୚౟౤ሺౣ౟౤ሻ
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 I୮ൌ2כP୭כT
ηכV୧୬ሺ୫୧୬ሻכt୭୬A e*A w>୔౥כଵ଴ల
ଶכ஗כ୤౩כ୆ౣכஔכ୏ౣכ୏ౙ
(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，Ｋ
c磁芯填充系数，对于铁氧体该值取1
I୅୚ୋൌ
P୧
V୧୬୫୧୬
I୔୏ൌ
Iୟ୴୥
D୫ୟ୶
כ2
T୭୬ൌଵ
୤
D୫ୟ୶(uint:µs)
1S=106µs
L୔ൌ୚౟౤ౣ౟౤כ୘౥౤
୍ౌే
(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(cmଶሻ
Fosc<60KHz S=0.09*√Po(cmଶሻ
Fosc>=60KHz S=0.075*√Po(cmଶሻ
NPൌ୐ౌכ୍ౌే
୼୆כ୅౛כ
10଺
L P:mH; ΔB:260mT;A e:mm2
NsൌሺV୭൅Vୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכN୔
V୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶
NaൌሺVୟ൅Vୟୈሻכሺ1െD୫ୟ୶ሻכN୔
V୧୬୫୧୬כD୫ୟ୶
L ୔=
୚౟౤ሺౣ౟౤ሻכୈ୍ౌేכ୤౥౩ౙ
其中L 单位:H f:Hz 电压:V, 电流:A
匝比：n=୚౥
୚
౟౤ሺౣ౟౤ሻ
=୒
౩୒౦
4. 计算初级匝数
初级电感:L ୮ൌ
୚౟౤ሺౣ౟౤ሻכ୲౥౤
୍౦
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 ୔ൌ
1000ට୐
ౌ୅ై
此式中L ୔单位
为mH
变压器次级圈数：Ns>
୬כ୍౦כ୐౦ୗכ୆ౣ
*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 ୔ൌ100ට୐
ౌ୅ై
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=୒౩୬
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(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3000~3500
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
5. 匝比n=୒౩୒ౌ=
୚౥
୚౟౤ሺౣ౟౤ሻ
晶体管的基极电流I ୆=୍
౦୦ూు
6. 次级绕组匝数N ୱ=N ୔*n N ୱଵ=
୒౦כሺ୚౥ା୚ౚሻכሺଵିୈౣ౗౮ሻ
୚౟౤ሺౣ౟౤ሻכୈౣ౗౮
多路输出时N ୱ୶=ሺ୚౥౮ା୚ౚ౮ሻכ୒౩భ
୚౥భା୚ౚభ
其
中x 代表几路
I ୆୰୫ୱൌ
I ୆
√2
7. 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 ୵ൌ
୔౥כଵ଴ల
ଶכ஗כ୤౩כ୆ౣכஔכ୏ౣכ୏ౙ
(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 。

检验占空比
9. 线径的计算
初级电流有效值I ୮୰୫ୱൌ୍౦
√଺
次级线径计算，次级电流峰值
I ୱ୮ൌ
ଶכ୍౥
ୈ
ౣ౗౮
I ୱ୰୫ୱൌ
୍౩౦√଺
辅助绕组线径计算：一般选同初级线径
导线截面积Ｓൌ
୍౨ౣ౩
୎ౚ
其中J ୢ自然
风冷时取1.5～4A/mm ଶ
密闭式强制风冷时J ୢ取3～6A/mm ଶ 导线直径D ൌ
2כටୗ
஠
NS = 二次侧圈数 NP = 一次侧圈数 Vo = 输出电压
VD= 二极管顺向电压
Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压 D = 工作周期(Duty cycle)
D ＝ଵ
ొ౩כ౒
౟౤ౣ౟౤ొ౦כሺ౒౥శ౒ీሻ
ାଵ
D =0.45～0.5
10. 输出整流二极管选择依据： 输出整流二极管的反向电压
V ୖ൐V ୭୳୲൅N ୱୣୡ
N ୮
כV ୧୬୫ୟ୶ 输出整流二极管工作电流I ୊൐I ୟ୴୥
11. 确定输出滤波电容的最小值 C ୭ሺ୫୧୬ሻൌ
୍౥ሺౣ౗౮ሻכ୘౥౜౜ሺౣ౗౮ሻ୚౨౟౦౦ౢ౛ሺౚ౛౩౟౨౛ౚሻ
V ୰୧୮୮୪ୣሺୢୣୱ୧୰ୣୢሻ:纹波电压
12. 功率管的选择依据
MOSFET 的漏端电压值：
V
ୈ൐
ܸ
୧୬ሺ୫ୟ୶ሻ൅୒
౦୒౩౛ౙ
כሺV ୭൅V ୈሻൌ
V ϐ୪ୠ୩ I ୈൌI ୔୏
V dsmax =V max +V R
相对于MOSFET 的漏端电压值，MOSFET 的耐压应该有足够的余量，同时还要考虑到漏感产生的电压尖峰的叠加。

13. 嵌位元件的设计
四种嵌位类型
确定 ZD 箝位的大小
1. 测量变压器的初级漏感 LL
2. 检查使用PI Expert 设计的电源的开关频率fs
3. 确定正确的初级电流IP ，方法如下：
（注释：以上所有值均在PI Expert 中提供）
如果您的设计采用功率限制设定，则 IP = ILIMITEXT
如果您的设计采用外部流限设定，则 IP = ILIMITEXT
对于所有其他设计，IP = ILIMITMAX 4. 确定初级 MOSFET 所允许的总电压，并根据以下公式计算 Vmaxclamp ：
确定 RCD 箝位的大小
1. 测量变压器的初级漏感 LL
2. 检查使用PI Expert 设计的电源的开关频率fs
3. 确定正确的初级电流IP ，方法如下： （注释：以上所有值均在PI Expert 中提供） a. 如果您的设计采用功率限制设定，则 IP = ILIMITEXT
如果您的设计采用外部流限设定，则 IP = ILIMITEXT
b. 对于所有其他设计，IP = ILIMITMAX 4. 确定初级 MOSFET 所允许的总电压，并根据以下公式计算 Vmaxclamp ：
确定 RCD+Z 箝位的大小
1. 测量变压器的初级漏感 LL
2. 检查使用PI Expert 设计的电源的开关频率fs
3. 检查PI Expert 所预测的峰值初级电流IP
4. 确定初级 MOSFET 所允许的总电压，并根据以下公式计算 Vmaxclamp ：
（注释：建议至少应维持低于 MOSFET 的 BVDSS 50 V 的电压裕量，并另
外留出30 V 到 50 V 的电压裕度以满足瞬态电压要求。

对于通用输入设计，
建议Vmaxclamp < 200 V 。

Vmaxclamp 不应小于约 1.5*VOR 。

）
确定 RCDZ 箝位的大小
1. 测量变压器的初级漏感 LL
2. 检查使用PI Expert 设计的电源的开关频率fs
3. 确定正确的初级电流IP ，方法如下：
（注释：所有值均在PI Expert 中提供。

）
如果您的设计采用功率限制设定，则 IP = ILIMITEXT
如果您的设计采用外部流限设定，则 IP = ILIMITEXT
对于所有其他设计，IP = ILIMITMAX 4. 确定初级 MOSFET 所允许的总电压，并根据以下公式计算 Vmaxclamp ：
（
注释
：
建议至少应
维持低
于
MOSFET
的
BVDSS 50 V
的电压
裕量
，并另
外留出 30 V 到50 V 的电压 裕度以满足瞬态电压要求。

对于通用输入设计，建议Vmaxclamp < 200 V 。

Vmaxclamp 不应小于约 1.5*VOR 。

） 5. 根据以下公式计算漏感中贮存的能量：
（注释：并非所有的漏感能量都会转
移到箝位。

因此，在计算箝位所消耗的真实能量时，应使用以上公
式并将峰值初级电流IP 替代为仅流入箝位的电流IC 。

由于 IC 难以计算或测
量，我们将根据已知的比例
因数调整 ELL ，从而估算出箝位中耗散的能量：Eclamp 。

）
6. 根据以下公式估算箝位中的能量耗散 Eclamp ：
（注释：连续输出功率< 1.5 W 的电源
通常不要求使用箝位电路。

） 7. TVS 击穿电压被指定为：Vmaxclamp
（注释：建议至少应维持低于 MOSFET 的
BVDSS 50 V 的电压裕量，并另外留出 30 V 到50 V 的电压 裕量以满足瞬态电压要求。

对于通用输入设计，建议Vmaxclamp < 200 V 。

Vmaxclamp 不应小于约 1.5*VOR 。

） 5. 确定箝位电路的电压纹波 Vdelta （注释：建议典型值应为Vmaxclamp 的 10%。

）
6. 根据以下公式计算箝位电路的最小电压：
7. 根据以下公式计算箝位电路的平均电
压 Vclamp ： 8. 根据以下公式计算漏感中贮存的能
量：
（注释：并非所有的漏感能量都会转移到箝位。

因此，在计算箝位所耗散的真实能量时应使用以上公
式，同时将峰值初级电流IP 替代为仅流入
箝位的电流IC 。

由于IC 难以计算或测量，我们将根据已知的 比例因数调整 ELL ，从而估算出箝位中耗散的能量：Eclamp ） 9. 根据以下公式估算箝位中的能量耗散 5. 确定箝位电路的电压纹波 Vdelta
（注释：建议典型值应为Vmaxclamp 的 10%。

）
6. 根据以下公式计算箝位电路的最小电压：
7. 根据以下公式计算箝位电路的平均电压 Vclamp ：
8. 根据以下公式计算漏感中贮存的能量： （注释：并非所有的漏感能量都会转移到箝位。

因此，在计算箝位所消耗的真实能量时，应使用以上公
式并将峰值初级电流IP 替代为仅流入箝位的
电流IC 。

由于 IC 难以计算或测量，我们将根据已知的比例 因数调整 ELL ，从而估算出箝位中耗散的能量：Eclamp 。

9. 根据以下公式估算箝位中的能量耗散 Eclamp ： （注释：连续输出功率< 1.5 W 的电源通常不要求使用箝位电路。

） 10. 根据以下公式计算箝位电阻值： （注释：建议至少应维持低于
MOSFET 的 BVDSS 50 V 的电压裕量，
并另外留出 30 V 到50 V 的电压 裕量满足瞬态电压要求。

对于通用输入设计，建议 Vmaxclamp < 200
V 。

Vmaxclamp 不应小于约1.5*VOR 。

）
5. 确定箝位电路的电压纹波 Vdelta
（注释：建议典型值应为Vmaxclamp 的 10%。

）
6. 根据以下公式计算箝位电路的最小电压：
7. 根据以下公式计算箝位电路的平均电压 Vclamp ：
8. 根据以下公式计算漏感中贮存
的能量： （注释：并非所有的漏感能量都会
转移到箝位。

因此，在计算箝位所耗散的真实能量时应使用以上公式，同时将峰值初级电流IP 替代为仅流入箝位的电流IC 。

由于IC 难以
（
注释：
必
要时
修约到
整数。

由于齐
纳
二极管
无
法承受器件中的瞬时峰值功耗，因此必须使用一个 TVS 。

）
8. TVS 的功率额定值至少应为 1.5*Eclamp*fs
（注释：必要时，可使用多个并联的 TVS 元件来实现功率降额。

在电源满载及最低输入电压条件下测
量 TVS 的温度，检验其功率额定值是否正确。

TVS 在 25°C 的环境温度下工作时，管体温度不得超过
70°C 。

如果 TVS 的温度高于该值，请使用额定功率更高的元件，或使用多个并联 TVS 元件。

9. 应使用快速或超快恢复二极管，将其用作箝位电路中的阻断二极管。

（注释：在有些情况下，使用标准恢复二极管有助于提高电源效率及 EMI 性能。

用作此用途的标准恢
复二极管必须列明指定的反向恢复时间。

使用这种二极管时应特别注意，确保其反向恢复时间低于可
接受的限值。

如果未经全面评估，不建议批准基于标准恢复二极管的设计。

）
10. 阻断二极管的 PIV 值应大于：1.5*Vmaxclamp
11. 阻断二极管的正向反复峰值电流额定值应大于：IP
如果数据手册中未提供该参数，则平均正向电流额定值应大于：0.5*IP （注释：二极管的平均正向电流额定值可指定为较低值，它主要受热性能的约束。

应在稳态工作期间及
Eclamp ：
（注释：连续输出功率< 1.5 W 的电源通常不要求使用箝位电路。

）
10. 根据以下公式计算箝位电阻值：
（注释：这里计算出的 Rclamp 值是第一近似值。

在电源制作完成后，应测量平均电压 Vclamp ，然后将其
与这里所使用的值进行比较。

如果测量值低于预期值，应增大 Rclamp 的值，直到测量值与这些计算结果
相符。

如果测量值高于预期值，应减小
Rclamp 的值。

）
11. 箝位电阻的功率额定值应大于：
12. 根据以下公式计算箝位电容值： 13. 箝位电容的电压额定值应大于：1.5*Vmaxclamp
14. 应使用快速或超快恢复二极管，将其 （注释：这里计算出的 Rclamp 值是第一近似值。

在电源制作完成后，应测量平均电压 Vclamp ，然后将其
与这里所使用的值进行比较。

如果测量值低于预期值，应增大 Rclamp 的值，直到测量值与这些计算结果
相符。

如果测量值高于预期值，应减小 Rclamp 的值。

）
11. 箝位电阻的功率额定值应大于：
12. 根据以下公式计算箝位电容值： 13. 箝位电容的电压额定值应大于：
1.5*Vmaxclamp
14. 根据以下公式指定 TVS 击穿电压的近似值：VZ = Vmaxclamp + 20 V （注释：由于齐纳二极管在导通时无法承受器件中的瞬时峰值功耗，因此必须使用一个
TVS 。

）
15. TVS 的功率额定值大小应能够处理在正常工作及过载条件下所贮存能量的差异。

（注释：所有流限值均在PI Expert 中提供。

）
计算或测量，我们将根据已知的
比例因数调整 ELL ，从而估算出箝位
中耗散的能量：Eclamp 。

） 9. 根据以下公式估算箝位中的能量耗散 Eclamp ：
（注释：连续输出功率< 1.5 W 的电源通常不要求使用箝位电路。

） 10. 齐纳二极管击穿电压被指定
为：VZ ≥ VOR （注释：必要时约等到整数。

VZ 的取值绝不能小于VOR 。

）
11. 根据以下公式计算箝位电阻值：
12. 根据以下公式计算箝位的功率额定值：
（注释：这里计算出的 Rclamp 值是第一近似值。

在电源制作完成后，应测量平均电压 Vclamp ，然后将其 与这里所使用的值进行比较。

如果测量值低于预期值，应增大 Rclamp 的值，直到测量值与这些计算结果 相符。

如果测量值高于预期值，应
最
低
输入电压
条
件
下
测量阻断二极管的温度，以确定其额定值是否正确。

散热性能、元件方位以及最终
产品外壳都会影响到二极管的工作温度。

）
12. 根据以下公式确定阻尼电阻的大小（如使用）：
（注释：对于最大连续输出功率为20 W 或更大的电源系统，Rdamp 只能在
绝对必要时使用，并且应限制 为非常小的值：1 Ω ≤ R damp ≤ 4.7 Ω。

） 14. 阻尼电阻的功率额定值应大于：
用作箝位电路中的阻断二极管。

（注释：在有些情况下，使用标准恢复二极管有助于提高电源效率及 EMI 性能。

作此用途的标准恢复
二极管必须列明指定的反向恢复时间。

使用这种二极管时应特别注意，确保其反向恢复时间低于可接
受的限值。

如果未经全面评估，不建议批
准基于标准恢复二极管的设计。

） 15. 阻断二极管的 PIV 值应大于：
1.5*Vmaxclamp 16. 阻断二极管的正向反复峰值电流额定值应大于：IP 1. 如果数据手册中未提供该参数，则平均正向电流额定值应大于：
0.5*IP
2. （注释：二极管的平均正向电流额定值可指定为较低值，它主要受热性能的约束。

应在稳态工作期间及
3. 最低输入电压条件下测量阻断二极管的温度，以确定其额定值是否正确。

散热性能、元件方位以及最终
4. 产品外壳都会影响到二极管的工作温
度。

17. 根据以下公式确定阻尼电阻的大小
（如使用）：
（注释：对于最大连续输出功率为20 W 或更大的电源系统，Rdamp
只能在绝对必要时使用，并且应限制
为非常小的值：1 Ω ≤ Rdamp ≤ 16. 应使用快速或超快恢复二极管，将其用
作箝位电路中的阻断二极管。

（注释：在有些情况下，使用标准恢复二极管有助于提高电源效率及 EMI 性能。

用作此用途的标准恢
复二极管必须列明指定的反向恢复时间。

使用这种二极管时应特别注意，确保其反向恢复时间低于可
接受的限值。

如果未经全面评估，不建议批准基于标准恢复二极管的设计。

）
17. 阻断二极管的 PIV 值应大于：1.5*Vmaxclamp
18. 阻断二极管的正向反复峰值电流额定值应大于：IP
如果数据手册中未提供该参数，则平均正向电流额定值应大于：0.5*IP
（注释：二极管的平均正向电流额定值可指定为较低值，它主要受热性能的约束。

应在稳态工作期间及
最低输入电压条件下测量阻断二极管的温度，以确定其额定值是否正确。

散热性能、元件方位以及最终
产品外壳都会影响到二极管的工作温度。

） 19. 根据以下公式确定阻尼电阻的大小（如使用）：
（注释：对于最大连续输出功率为20 W 或更大的电源系统，Rdamp 只能在绝对必要时使用，并且应限制 为非常小的值：1 Ω ≤ Rdamp ≤ 4.7 Ω。

20.阻尼电阻的功率额定值应大于：
减小 Rclamp 的值。

）
13. 齐纳二极管的功率额定值应大于：
（注释：必要时，可使用多个并联的齐纳二极管，以实现功率降额。

如果齐纳二极管的功率额定值过 大，可换用 TVS 。

在电源满载及最低输入电压条件下测量齐纳二极管的温度，检验其功率额定值是否 正确。

齐纳二极管在25°C 的环境温度下工作时，管体温度不得超过 70°C 。

）
14. 根据以下公式计算箝位电容值：
15. 箝位电容的电压额定值应大于：1.5*Vmaxclamp
16. 应使用快速或超快恢复二极管，将其用作箝位电路中的阻断二极管。

（注释：在有些情况下，使用标准
恢复二极管有助于提高电源效率及 EMI 性能。

用作此用途的标准恢 复二极管必须列明指定的反向恢复时间。

使用这种二极管时应特别注意，确保其反向恢复时间低于可 接受的限值。

如果未经全面评估，不建议批准基于标准恢复二极管的设计。

）
4.7 Ω。

）
18. 阻尼电阻的功率额定值应大于：
17. 阻断二极管的 PIV 值应大于：1.5*Vmaxclamp
18. 阻断二极管的正向反复峰值电流额定值应大于：IP
如果数据手册中未提供该参数，则平均正向电流额定值应大于：0.5*IP （注释：二极管的平均正向电流额定值可指定为较低值，它主要受热性能的约束。

应在稳态工作期间及 最低输入电压条件下测量阻断二极管的温度，以确定其额定值是否正确。

散热性能、元件方位以及最终 产品外壳都会影响到二极管的工作温度。

）
19. 根据以下公式确定阻尼电阻的大小（如使用）：
（注释：对于最大连续输出功率为20 W 或更大的电源系统，Rdamp 只能在绝对必要时使用，并且应限制 为非常小的值：1 Ω ≤ Rdamp ≤ 4.7 Ω。

）
19. 阻尼电阻的功率额定值应大于：。