单端反激式开关电源变压器的计算及相关波形分析.ppt

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单端反激式开关电源变压器的计算及单端反激式开关电源变压器的计算及相关波形分析相关波形分析天微电子培训讲义技术部张天雷2012.12.4变压器在开关电源中的作用变压器在开关电源中的作用变压器的构成以及作用：

1）电气隔离2）储能3）变压4）变流变压器的分类变压器的分类l功率变压器根据拓扑结构根据拓扑结构分为三大类：

（1）反激式变压器；

（2）正激式变压器；（3）推挽式变压器（全桥/半桥变换器中的变压器）下页表格中各符号的含义：

+=适合；0=一般；-=不适合。

磁芯结构变换器电路类型反激式正激式推挽式Ecores+0PlanarECores-+0EFDCores-+ETDCores0+ERCores0+UCores+00RMCores0+0EPCores-+0PCores-+0RingCores-+变压器设计时的主要指标参数：

变压器设计时的主要指标参数：

l变压器选型l初次级匝比N的计算l最大占空比Dmax的计算l初级匝数Np的计算l初级峰值电流Ipk的计算l初级电感量Lp的计算l次级匝数Ns及IC供电绕组Nf的计算l初次级线径d的计算1.变压器选型lAP算法：

AP=Aw*Ae（查表法）面积AP法：

磁芯截面积Ae与线圈有效窗口面积Aw的乘积。

其中：

Aw-磁芯窗口面积Ae-磁芯有效截面积2.初次级匝比N的计算N=Np/Ns=【Vin（min）*Dmax】/【（Vo+Vd）*（1-Dmax）】N:

初次级匝比Np：

初级匝数Ns:

次级匝数Vin（min）:

输入电压最小值Dmax:

最大占空比最大占空比Vo:

输出电压Vd:

输出整流管的导通压降3.最大占空比Dmax的计算lDmax=Vor/Vin（min）+Vor其中：

Vor=N*（Vo+Vd）Vor:

为次级输出电压的反射电压，叠加在MOS管的漏极D上。

N：

为初次级匝比Dmax：

一般小于0.5，要留有裕量，取0.4-0.45之间为宜，此计算公式只为反向验证使用。

4.初级匝数Np的计算lNp=【Vin（min）*Ton】/【Ae*Bm】=【Vin（min）*Dmax】/【Ae*Bm*F】Ton：

Ton=D*T（T为高频变压器的实际工作周期,D为实际工作时的占空比。

）Bm：

工作磁通密度（工作磁通密度Bm应该在设计指标要求之内，Bm次级电感与输出电压之比再除以次级峰值电流。

磁化电流的连续状状CCM：

Toff次级电感与输出电压之比再除以次级峰值电流。

DCM与CCM模式的选取lDCM为电流断续模式,CCM为电流连续模式,在对纹波要求较高时可以考虑用CCM模式，但同等条件下转换效率较DCM低些。

lDCM模式的转换效率更高些，属于能量完全转换,但同时纹波较CCM要高.l应用中可以根据实际情况进行选取。

一般一般来说低电压工作在来说低电压工作在CCM模式模式,高电压工作在高电压工作在DCM模式比较好。

模式比较好。

DCM与CCM模式的选取l同一个电源只能工作于一种模式。

同一个电源只能工作于一种模式。

因为能够使DCM稳定的环路是不可能在电源进入CCM时保持稳定的。

lDCM变压器计算时也会留下充足余量留下充足余量以保证即使最坏情况也还会有充足余量使电源不进入CCM模式。

DCM与CCM模式的选取l请问一下，开关电源变压器设计中我看到连续模式和不连续模式这两个模式怎样选取？

如果是小功率的小功率的，比如输出只有1A，就断续模式，这样对元器件的要求比较低，比如副边二极管没有反向恢复的问题，可以选用耐压比较低的肖特基，但MOS管的峰值电流相对较大。

如果是大功率的电流比较大大功率的电流比较大，比如3A，你可以设计成连续模式，这样输出纹波比断续模式要小，效率要高些，MOS管的峰值电流相对较小,但存在副边二极管的反向恢复问题当然我这里说的1A、3A电流也不是太大，具体要看自己的需要。

7.次级匝数Ns及IC供电绕组Nf的计算lNs=Np/NlNf=【Ns*（Vcc+Vd1）】/（Vo+Vd2）Vd1,Vd2为整流二极管或肖特基的正向导通压降，一般为0.4-2V之间。

8.初次级线径r的计算lI=3.14*r*r*J电流以初次级的平均电流为准进行计算。

电流以初次级的平均电流为准进行计算。

导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。

通常取J为2.55A/mm2。

导线直径的选择还要考虑趋趋肤效应肤效应。

如必要，还要经过变压器温升校核温升校核后进行必要的调整。

什么是导体的趋肤效应？

l交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大，这种现象称这种现象称“趋肤效应趋肤效应”。

l趋肤效应使导体的有效电阻增加。

频率越高，趋肤效应越显著。

当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。

l为了削弱趋肤效应为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。

关于变压器的温升问题l做温升实验时元器件的温度不能超过多少，像变压器，MOS管，二极管等，有没有什么标准？

l不能一概而论不能一概而论,变压器主要看漆包线的耐温等级变压器主要看漆包线的耐温等级,磁芯的居磁芯的居里点里点,半导体器材主要看允许的工作结温。

半导体器材主要看允许的工作结温。

像变压器B级的在环境温度25度时，温升不能超过105度，像安规就有温升要求的。

各种电源标准都不一样，如果是电力电源通信电源等一些大功率电源，一般磁性元件温升不超过80度，功率器件不超过90度，小DC/DC模块电源一般不超过100度。

（以上源自互联网）开关电源的难点：

l变压器设计及功率器件选型变压器参数设计及功率器件参数选择，散热设计，留一定的裕量等。

l过各个地区或国家的认证如UL,CE,PSE,CCC等。

l过EMC认证（包括EMI和EMR）EMI:

电磁辐射EMR:

电磁传导各种电源的安规标准（供参考查阅之用）l安规标准（需了解，方便以后查阅）以以TM5101为例分析开关电源的相关波形为例分析开关电源的相关波形波形分析Vcs（DCM）波形分析Vcs（CCM）波形分析Vds波形分析Vgs输出整流管两端重要的一点：

l以上理论计算公式对实际设计开关电源变压器具有指导意义指导意义，但绝不要依赖它，觉得只要掌握了但绝不要依赖它，觉得只要掌握了以上公式，设计开关电源就没有问题。

以上公式，设计开关电源就没有问题。

而实际上，都是要以设计后测试的为准，再反过来不断调整，都是要以设计后测试的为准，再反过来不断调整，如变压器的感量，变压器绕制的整体饱和度，用的线径与温升问题等，都要根据实际测试的数据再做一些修正。

l做到设计前计算好计算好，调试样机时测试好测试好，调试后老化好老化好3点，大家都可以把开关电源做的很好。

结束语l以上为个人理解与部分经验，技术水平有限，错误和不足之处，请各位同事及时指出，谢谢！