反激电源变压器的设计计算

假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η=0.88?
2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
2015（杭州）《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw) LS = LP × (NS/NP)2 变压器原理
B max <360mT
反激电源变压器用磁性材料
AC Input
EMC
PFC
DC Filter
DC Output
Flyback
MOSFETs
Controller
（常见正激功率开关电源例）
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反激电源变压器用磁性材料
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反激电源变压器用磁性材料
= (Ids1+ Ids2)×(NP/NS ) × (1-D)/2
Vin
T1
Np
Id
Vo
= Vin/LP ×D × fsw 电感电流爬升
Ns
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
设计总结
电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
假定目标-磁芯
假定目标-器件
VDSS , VRM De-rating, Spike
设计限制条件 1）磁芯不饱和 2）变压器不过热 3）符合安规 4）其他个性化要求
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM) Fixed Frequency : fsw，T ； Duty： D
D Driver
Ddead Dreset
IDS1 = 0 ，IDS2 = ΔIP = Ipk (DCM，Fixed fSW)
Po/η = ½ × ΔIP2 × LP × fsw Ids 2Po /(Lpηfsw) LS = LP × (NS/NP)2
Vds IDS1 ID1 ID2 IDS2
Ids
2 )×
Po/η = ½(Ids1 – Ids2
2
LP × fsw
储能原则
Id
Io
Po Ids1 Ids2 ΔIds Lp fsw η 2
(Ids1 Ids2) Ids fsw
2Po Lpη
Po = Vo× Io ΔIds = Vin/LP × Ton Io = (Id1+ Id2) × (1-D)/2 梯形波平均值
第四讲：变压器绕线工艺及设计书的作成
1） 反激电源变压器的排线及安规 2） 高频变压器设计文件的项目定义 3） 高频变压器设计文件的作成
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第二讲：反激电源变压器的设计计算
1） 反激电源变压器用磁性材料 2） 变压器设计计算方法的掌握 a） CCM，DCM工作模式 b） CRM工作模式 c） 设计计算实例
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP A e
Example
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/N S 4.8625
Vds IDS1 ID1 IDS2
Ids
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM) Fixed Frequency : fsw，T ； Duty： D
Driver
Vin × Ton = Vo × Toff 伏秒数相等
Vin D T Vo (1 D) T Vo D Vin Vo
T 2P o LP 1 / f SW η (V in D) 2
Ids
Io
Vin
T1
Np
Id
Vo
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IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
IPRMS=ΔIP × (D/3)0.5 ISAC=ΔIS × ISRMS=ΔIP × [(1-D)/3)0.5 [(1-D)/3-(1-D)2/4]0.5 三角波几何计算
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/N S f(V ds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
Example
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
第三讲：反激电源变压器设计软件应用说明
1） Flyback Transformer Wizard V1.0的功能介绍 2） Flyback Transformer Wizard V1.0的使用方法 3） 设计实例 4） 主电路元件选型方法及高品质设计评价技术初步
第二讲：反激电源变压器的设计计算
1） 反激电源变压器用磁性材料 2） 变压器设计计算方法的掌握 a） CCM，DCM工作模式 b） CRM工作模式 c） 设计计算实例

电气性能及功能 成本 EMI 效率 尺寸最优化 设计习惯
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磁路基本定律

i

0
1 2
对各个磁路节点
磁通连续性定理


N
i u
u
d dB d N N Ae dt dt dt
假定理想化条件
VF PSnubber=0 η=0.88?
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
ΔIS＝ID(PK) Irms Io Iripple
Np
Ns
Ids
Driver D Vds ΔIP Ids ΔIS Id Io Dreset Ddead
储能原则
Vds IDS2 = Ipk IDS1 ID1 ID2 ID Io
变压器原理 D =？ Dreset =？
Ids Id
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 ΔIS = VO/LS × Treset 付边续流下降
(Ton=D/fSW , Treset=Dreset×T)
IPAC=ΔIP × (D/3-D2/4)0.5
安培环路定律
i1 N1 i2 N2 H m lm H a la
摘自陈为老师讲义
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Vin IP
T1
Id
Vo
Irms
Io
Iripple
Np
Ns
IP2 IP1
Ids
ΔIP
Driver
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP A e
B1 IP1 B0 t0 t1
360mT
B2 IP2
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/N S 4.8625
Ns
2015（杭州）《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (CRM)
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/N S f(V ds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
B max <360mT
Pcore Ve PCV Pcv K fSW α ΔΒβ
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)
设计总结
设计限制条件 1）磁芯不饱和 电源规格要求
fSW , VO , IO , Vin Ve , Ae , ACW , AL, PCV , Rθ , BB
邵革良
6小时精通反激电源及变压器设计
Advanced Magnetics Technology
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第一讲： 反激开关电源基本原理和电路拓扑
1） 小功率AC/DC高频开关电源拓扑 2） 反激型AC/DC开关电源的基本工作原理 3） 反激型开关电源典型控制IC及其设计注意事项 a） 固定频率控制IC及其工作机理 b） 准谐振控制IC及其工作机理
t2
B max
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
特定型号的磁芯： AL值vs气隙长度
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EER28-Z PC95磁芯为例------应用讲解
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此培训资料来源于德州仪器（TI）和中国电源学会（世纪电源 网）合作举办的“TI 现场培训”课程，世纪电源网同意在 TI 网站 上分享这些文档。
2015（杭州）开关电源技术高级培训 中国电源学会专家委员会 电源学会磁技术专业委员会 深圳市科技专家协会、科技创新委员会 委员 委员 专家
’2015/4/25
原副边变比 选取方法
Vin VC NP NS
T1
Id
Vo
Np与磁芯的选取
VO NP VC NS Vds Vin VC α(spike) NP/N S f(V ds, Vin, Vo, α) VDS Vin α(spike) VO
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
损耗特性
PC40 初始磁导率
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变压器设计计算方法的掌握 (固定频率CCM)
Vin
T1
Vo
通用原则
伏秒数相等原则（磁平衡
Np Ns

） T1：耦合式储能电感
两种工作模式
固定频率： CCM~DCM 准谐振模式：CRM
工作模式选定法则
Naux
LP
电感量定义
μ0 μe Ae le NP2 AL NP2
Ids
法拉第定理
Ε NP d dt NP Ae ΔB Δt Ε LP dI(LP) dt LP ΔIP Δt LP ΔIP ΔB NP A e
Example
Vds 600 90% 540V α(spike) 50V VO 24V Vinmax 264 2 373.3V NP/N S 4.8625
储能原则
Driver
D
1-D
Vds ΔIP ΔIS Id IDSMAX IDMAX
ΔIP = Vin/LP × Ton 电感充电上升 Ton=DT ΔIS = VO/LS × Toff 付边续流下降 Toff=(1-D)T Vin × Ton = Vo × Toff 伏秒数相等
Vin D T Vo (1 D) T D Vo Vin Vo
对各个绕组
法拉第定律

t
t0
u (t ) dt N Ae [ B (t ) B (t0 )] N Ae B |( t t0 )
伏秒相等原则
VoltSecond N Ae B
le la N2 N1 i1
i N U
m
H le
对各个磁回路
IPRMS=ΔIP × (D/3)0.5 ISAC=ΔIS × (Dreset/3-Dreset2/4)0.5 ISRMS=ΔIP × (Dreset/3)0.5 三角波几何计算
Vin
T1
Np
Id
Vo
Ns
2015（杭州）《反激开关电源及变压器设计》高级培训
变压器设计计算方法的掌握 (固定频率DCM)