关于反激变压器的设计

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　　基本步骤：

　　1、 确定Dmax和Vor。

　　2、 求匝比n。

　　3、 求初级电感量Lp。

　　4、 选择磁芯。

　　5、 求最小初级匝数。

　　6、 初级、次级和反馈绕组匝数关系。

　　7、 选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。

　　8、 做样品、调整参数。

　　9、 参考例子。

　　原理：


　　一、 确定Dmax和Vor

　　当开关管Q闭合时，初级线圈电压为：Vin（当输入为265V时，达到375V），如果变压器初级线圈为：Np；次级线圈为：Ns。匝比：

　　n=Np/Ns。

　　则：次级线圈的电压为：Vin/n。由于次级二极管D3反向，没有形成回路，所以线圈没有电流流经负载。而二极管的反向耐压：

　　VDf=Vin/n+Vo，

　　Vo为输出电压。

　　当开关管Q关断时，变压器中储存的能量向负载释放。次级线圈的电压

　　VS=Vo+Vd，

　　Vd为整流二极管D3正向压降。

　　初级线圈的电压为：

　　VP=n*VS+Vleg。

　　Vleg为变压器漏感产生的尖锋电压；与输入电压反向。

　　设定Vor=n*VS，为反射电压。则开关管承受的电压

　　Vds=Vinmax+Vor+Vleg。

　　实际选择开关管是必须留20~50V的余量。

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　　所以：

　　Vor=VDS-（Vinmax+Vleg+余量）=600-（375+120+20~50）=55~85V

　　VDS：开关管的额定耐压，600V

　　Vin：在265V输入时，375V

　　Vleg:一般在120V

　　余量：20V~50V

　　根据伏秒法则：Vin*Ton=Vor*Toff

　　Ton：为开关管闭合时间。

　　Toff：为开关管关断时间。

　　占空比：D=Ton/（Ton+Toff），Ton+Toff为周期T。

　　Ton=T*D

　　Toff=T*（1-D）

　　所以： Vin*D=Vor*（1-D）

　　D=Vor/（Vin+Vor）

　　Dmax=Vor/（Vinmin+Vor）建议设置在0.3~0.5 当输入电压最小时取得最大占空比。

　　二、求匝比n

　　n =Vor/（Vo+Vd）

　　三、求初级电感量Lp。

　　计算电感量：BCM时，

　　有电感、电压、电流和时间的关系：

　　L=V*t/Ipp t：为时间。Ipp：电流的变化量。

　　初级电感量：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp

　　BCM时，Ipp=2*Pin/ （Vinmin* Dmax）

　　Tonmax=T*Dmax=Dmax/fs fs：为工作频率。

　　所以：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs）

　　对于CCM模式：由于电流并没有下降到0，所以Ippccm=K*IppBCM，K小于1。

　　所以：Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs*K）

　　当输入为窄电压时：K取0.6~0.8

　　当输入为宽电压时：K取0.4~0.6

　　实际应用时，取值在以上的基础上乘以1.1倍，再以10%的误差制作。

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　　四、选择磁芯

　　Ap = AwAe = (Pt*10000) / 2ΔB*f *J*Ku

　　式中 Pt = Po /η +Po 传输功率

　　J : 电流密度 A / cm2 (300~500)

　　Ku: 绕組系数 0.2 ~ 0.5 .

　　五、求最小初级匝数。

　　Np=Lp*Ipp/（Bm*Ae）= Vinmin*Tonmax/（Bm*Ae）= Vinmin* Dmax/（fs*Bm*Ae）

　　此处求得的是最小匝数。

　　六、初级、次级和反馈绕组匝数关系

　　有n=Np/Ns，可以得到：

　　Ns=Np/n

　　令反馈绕组为Na，电压为Va由于反馈绕组与次级绕组同名端同向，所以，反馈绕组电压与次级绕组电压成比例，即：

　　Ns/Na=（Vo+Vd）/（Va+Vd1）=na

　　Vd：次级整流二极管正向压降

　　Vd1：反馈绕组整流二极管D2正向压降

　　na：匝比

　　Na= Np/(n* na)

　　七、选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。

　　线经的选择按每平方mm传递4~6A平均电流来计算。根据铜窗折中选择线经和匝数。尽量使Np、Ns和Na的取值接近整数。

　　八、做样品、调整参数。

　　按照相关的法律法规来制作样品，必须满足产品市场的法律法规。包括温升、绝缘等级、安规、EMI、EMC等。

　　电磁屏蔽（法拉利屏蔽），绕组之间的屏蔽不能形成回路，一端悬空，一端连接初级或次级的冷地（没有电压突变的点）。最外层的（磁芯外屏蔽）屏蔽必须形成回路，并将节点连接到初级或次级的冷地。绕制变压器时做到：热节点（指电压或电流突变的节点）放置在底层。

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　　九、参考例子：

　　用FSEZ1317设计一款宽电压（85~265Vac）输入，输出DC16.5V-0.35A，效率为：0.76。

　　查看FSEZ1317的DATESHEET，可知：其工作与DCM，在这里K值取1.5，工作频率为：50kHz.内置1A/650V MOS管，VCC电压：16.5V。

　　1、 确定Dmax和Vor。

　　假设次级二极管正向压降Vd=0.7V，则：

　　VS=Vo+Vd=16.5+0.7=17.2V

　　Vor取80V，Vinmin=（1-a）*85*1.414 a：为线电压整流后的纹波因子，与所用的滤波电容的大小直接相关，电容量越大，a越小。一般电容量按每瓦2~3uF，来选择。假设a=0.3，则：

　　Vinmin=85*1.414*0.7=84V

　　在这里a的选择必须注意了，如果选择比实际的小了，那么实际的将大于设计的占空比，若IC有限制的话，将导致工作异常。

　　Dmax= Vor/（Vin+Vor）=80/（80+84）=0.488

　　IC内部设计的最大占空比为0.6，所以仅从占空比的角度来看是满足要求了。

　　验证Vor的合理性。已知MOS的VDS=650V，最大直流电压Vinmax=265*1.414=375，假设Vleg=120V，则

　　余量Vy=650-375-80-120=75V

　　余量一般有30V就可以了，因此在设计RCD吸收电路时，可以将Vleg的电压设置在155V，这样可以减少RCD吸收回路的功耗，从而提升效率。

　　2、 求匝比n。

　　n =Vor/(Vo+Vd)=80/17.2=4.65

　　3、 求初级电感量Lp。

　　Lp=Vinmin*Tonmax/Ipp=Vinmin*Vinmin*Dmax*Dmax/（2*Pin*fs*K）

　　=84*84*0.488*0.488/（50*1.5*2*17.2*0.35/0.76）

　　=1.414mH

　　所以Lp=1.414*1.1=1.55mH。

　　4、 选择磁芯。

　　Ap = AwAe = (Pt*10000) / 2ΔB*f *J*Ku=[(17.2*0.35/0.76+17.2*0.35)*10000]/(2*0.25*50000*400*0.2 )=0.0768平方厘米

　　式中 Pt = Po /η +Po 传输功率

　　J : 电流密度 A / cm2 (300~500)

　　Ku: 绕組系数 0.2 ~ 0.5 .

　　查磁芯手册可知，EE16 AP=0.0765 比较接近。故选择EE16.

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　　5、 求最小初级匝数。

　　EE16的Ae=19.2平方毫米

　　Ippmax=2*17.2*0.35/(0.76*84*0.488)=0.38647A

　　Np=Lp*Ipp/（Bm*Ae）=1550*0.38647/(0.25*19.2)=125T

　　注意了：Lp的单位是：uH, Ipp的单位是：安培 Ae的单位是：平方毫米。

　　Bm的取值一般：0.2~0.3，单位：特斯拉。

　　6、 初级、次级和反馈绕组匝数关系。

　　n=4.65 NS=125/4.65=26.88,在这里不能为小数，取29圈。

　　na=VS/VA=17.2/(16.5+0.7)=1

　　NA=NS=29圈

　　NP=4.65*29=134.85 取135圈.

　　7、 选择线经，确定初级、次级和反馈绕组匝数。

　　初级次级平均电流最大值0.0943A,若按6A/mmmm,则Ds=0.1415mm 取0.15mm-2UEW铜线。

　　反馈绕组，由于电流较小，考虑到容易绕线，取0.13mm-2UEW铜线。

　　次级平均电流0.35A,若按6A/mmmm,则Ds=0.2726mm,次级铜线如果用的是2UEW线的话，电流密度取：4~6A/mmmm；若用的是TEX(三层绝缘线)线的话电流密度最大可取到10A/mmmm.

　　8、 做样品、调整参数。

　　根据第7步计算的方法来调整线经，使其可方便制样。绕法略……。

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