经典反激式开关电源设计总结Word格式文档下载.docx

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反激式开关电源变压器设计的思考二中讨论。

反激式开关电源设计的思考二---气隙的作用

“反激式开关电源设计的思考一”文中，分析了反激式变换器的特殊性防止磁

芯和的重要性，那么如何防止磁芯的饱和呢大家知道增加气隙可在相同ΔB的

情况下，ΔIW的变化范围扩大许多,为什么气隙有此作用呢？

由全电流定律可知:

~

由上例可知，同一个磁芯在电流不变的条件下，仅增加1mm气隙，加气隙的磁

感强度仅为不加气隙的磁感应强度的%，看来效果相当明显。

加了气隙后，是否会影响输出功率呢换句话说，加了气隙变压器还能否储

原来那些能量呀看一下下面的例子就知道了：

在“思考一”一文中已讨论过，当开关管导通时，次级绕组均不构成回路，此

时，变压器象是仅有一个初级绕组带磁芯的电感器一样，母线将次级需要的全部

能量都存在这个电感器里。

如下图1就是一个有气隙的电感器：

图1表示一个磁芯长为lm，气隙长为lg，截面积为Ae的磁芯，在其上绕N匝线圈，

当输入电压为Ui时，输入功率为Wi：

6式右边的积分为图2中阴影部分面积A，即就是说：

磁场能量的大小等于磁化曲线b和纵轴所围成的面积大小。

图1中，假定磁路

各部分的面积相等，磁芯各部分的磁场强度为Hm，气隙部分的磁场强度为Hg，由

全电流定律得：

11式右边第一项是磁芯中的磁场能量，第二项是气隙部分的磁场能量，分别用

Wi和Wg表示；

那么：

}

图3中，曲线m表示图1电感器无气隙时的磁化曲线，曲线g表示有气隙时的磁

化曲线。

图中，面积Am表示储存在磁芯部分的磁场能量；

面积Ag表示储存在气隙

部分的磁场能量。

上面讲了气隙的作用以及磁场能量在变压器中的分布，那么，

根据输出功率如何选用磁芯呢将在反激式开关电源设计思考三中讨论。

反激式开关电源设计的思考三---磁芯的选取

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大|中|小2007-03-0914:

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反激式开关电源设计的思考三（磁芯的选取）

·

在DCM状态下选择：

Uin－电源输入直流电压

Uinmin－电源输入直流电压最小值

D－占空比

Np－初级绕组匝数

Lp－初级绕组电感量

Ae－磁芯有效面积

Ip－初级峰值电流

f－开关频率

Ton－开关管导通时间

I－初级绕组电流有效值

η－开关电源效率

J－电流密度

通过（3）式可方便计算出反激式开关电源在电流断续模式

时磁芯的AeAw值，通过查厂商提供的磁芯参数表就可选择

合适的磁芯，在选择磁芯时要留一定的余量。

例如：

有一反激式开关电源输出功率为10W，开关频率为

40KHz,ΔB为，电流密度取mm2磁芯选用EE系列，

那么由公式（3）可知：

考虑到实际绕线的绝缘层等的影响，须考虑填充系数（取,

即：

Ap=AeAw/=×

1000/=

通过上面计算,ＥＥ１９磁芯比较接近,考虑到辅助绕组和

其他因素选择ＥＥ２０磁芯。

—

为计算方便,（3）式可修正为：

Ap=AwAe=6500×

P0/（△B×

J×

f）（4）

单位：

P0-----瓦特；

△B----特斯拉

J------ 

安培/平方毫米

f------ 

千赫兹

Ap------ 

毫米的四次方

）

在实际使用中一定要注意公式的应用条件，公式（4）是在

单端反激式开关电源电流断续模式下推导出来的，并且用

了一系列假设：

1．窗口使用系数SF：

2．初级绕组面积Ap=次级绕组面积As

3．当直流输入电压最低时Dm=

4．电源效率η=

5．填充系数为

因此，该计算值在使用中要根据实际情况酌情修正，并且作

为我们选择磁芯的一个大致参考，由于工艺的原因必须通过

实践验证而最终确定。

另外单端反激式开关电源中，他激式和自激式的效率差别

比较大，一般自激式的效率比较低，大概在左右，使用

公式（4）时要乘以=）进行修正。

磁芯选好后，在反激式开关电源设计过程中应该遵循的规则

将在反激式开关电源设计的思考四中讨论。

反激式开关电源设计的思考四－反激式开关电源设计应遵循的规则

大|中|小2007-03-2016:

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反激式开关电源设计的思考四

－反激式开关电源设计应遵循的规则

;

（）

由于反激式开关电源的特殊性，在设计时要特别考虑的问

题就多一些，归纳起来有如下几点：

一、任何时刻开关管上所承受的电压都要低于它所能够承受

的最大电压，并且要有足够的安全裕量；

以此为出发点，就确定了变压器的变化；

Ucemax=Uinmax+N·

Uo+Upk+Uy

式中：

Ucemax－开关管所能承受的最大电压

N－变比初级匝数Np/次级匝数Ns

Uin－直流输入电压最大值

Uo－输出电压

Upk－漏感所产生的电压

Uy－电压裕量

此式很重要一点，就是确定了变比N，变比一确定一系列

问题就确定下来；

比如：

反射电压：

VoR 

＝N·

Vo;

占空比：

D 

= 

VoR/（Vin+VoR）;

导通时间：

Ton= 

D·

T

变比一定要选择合适，以使电路达到优化；

若使用双极型

晶体管对其基电极的控制很重要，因为它影响着Vcemax的

大小：

Vces>

Vcer>

Vceo;

在ce间承受最高电压时最好保证

be结短接或者反偏,此时晶体管就可承受较高的反偏电压.

二、任何时刻都应保证磁芯不饱和；

由于反激式开关变压器的特殊性，磁芯饱和问题在反激式

变换器的设计中尤为重要。

一旦磁芯饱和，开关管瞬间就

会损坏。

为防止磁芯饱和反激式开关变压器磁芯一般都留

气隙，显著扩大磁场强度的范围，但仅靠气隙并不能完全

解决磁芯饱和的问题，由磁感应定律很容易得出：

由

（1）式知：

磁感应强度与输入电压和导通时间有关。

在输入 

电压一

定时，由反馈电路保证Ton的合适值。

在工作过程中，根据磁饱和的形式分两种情况：

一种是：

一次性饱和：

当反馈环路突然失控时，在一个周期内导通一直 

持续，

直到过大的Ip使磁芯饱和而使开关管立即 

损坏；

另一种是：

逐次积累式饱和：

磁芯每个周期都有置位与复位动作，反激式开关 

电源磁

芯置位是由初级绕组来实现，磁芯复位是由 

次级绕组和

输出电路来实现。

当电路等设计不当时， 

每次磁芯不能

完全复位，一次次的积累，在若干周期内磁芯饱和。

就像

吹气不一样，一口气吹破就相当磁芯一次性饱和；

每吹一

次，就排气，但每次排气量都比进气量少一点，这样循环

几次后，气球就会被撑破的；

若每次充排气量相同，气球

就不会破的，磁芯也是如此，如下图：

磁芯从a→b→c为置位，从c→d→a为复位，每个周期都要

回到a，磁芯就不会饱和。

对于反激式开关电源的断续模

式，磁芯复位一般是不成问题的。

三、始终保持变换器工作于一个模式如CCM或DCM；

不要在两

个模式之间转换，这两种模式不同，对反馈回路的调节

电路要求也不同，在考虑某一种模式而设计的调节电路， 

如运行到另一模式时易引起不稳定或者性能下降。

四、保证最小导通时间不接近双极性开关管的存储时间；

（

MOSFET管例外）

在设计反激式开关电源时，特别在开关电源 

频率较高

、直流输入电压最高，负载又较轻 

时，开关导通时间

Ton最小，若这个时间接近或小于双极性晶体管的存储时 

间（μs~μs）时，极易造成开关管失控，而使磁

芯饱和。

此时就要重新审视开关频率的选择，或能否工作

于如此高电压或者通过调节占空比来适应。

或者选用其

他电路拓扑。

五、不要将变换器的重要元件的参数选得接近分布参数；

具

体来说，电阻不要太大，电容器和电感器不要太小。

（1）许多反激式开关电源都有一个振荡频率，由IC芯片提供

，如UC3842，由RC决定，当把R选择太大，C太小时，就 

易使稳定性特别差；

如电容C小得接近分布参数，也就是

说取掉该电容由线路板及其它元件间的分布参数而形成

的容值都和所选的电容容值差不多；

或者所选电阻太大以

至于线路板上的漏电流所等效的阻值都和所选的电阻大小

差不多；

这将造成工作不稳定，如温度或湿度变化时其

分布参数也跟着变 

化，严重影响振荡的稳定性。

R一般

不要大于1M欧，C一般不 

要小