1〕反激式變壓器設計介紹

反激式電源變換器設計的關鍵因素之一 是變壓器的設計。在此我們所說的變壓器不是真正意義上的變壓器，而更多的是一個能量存儲裝置。在變壓器初級導通期間能量存儲在磁芯的氣隙中，關斷期間存儲的能量被傳送給輸出。初次級的電流不是同時流動的。因此它更多的被認為是一個帶有次級繞組的電感。

反激電路的主要優(yōu)勢是成本，簡單和容易得到多路輸出。反激式拓撲對于100W以內(nèi)的系統(tǒng)是實用和廉價的。大于100W的系統(tǒng)由于著重降低裝置的電壓和電流，其它諸如正激變換器方式就變得更有成效。

反激式變壓器設計是一個反復的過程，因為與它的變量個數(shù)有關，但是它不是很困難，稍有經(jīng)驗就可快速和容易的處理。在變壓器設計之前的重點是定義電源參數(shù)，諸如輸入電壓，輸出功率，最小工作頻率，最大占空比等。根據(jù)這些我們就可以計算出變壓器參數(shù)，選擇合適的磁芯。如果計算參數(shù)沒有落在設計范圍內(nèi)，重復計算是必要的。利用網(wǎng)站上的EXCEL電子表格可以容易的處理這些步驟。

屬于ISMPS IC的IR40xx系列最初設計應用于準諧振方式，這意味變壓器工作于不連續(xù)模式（磁場不連續(xù)，當變壓器中的能量傳遞到次邊后磁場反回到零）。在PRC模式中的變壓器通常也工作于不連續(xù)狀態(tài)，若工作于連續(xù)狀態(tài)時工作頻率設置的很低（約20KHZ時一般不實用，因為需要較大尺寸的磁芯）。因此本應用手冊僅包含不連續(xù)設計的實例。2〕電源設計所需的標準

在開始變壓器設計之前，根據(jù)電源的規(guī)范必須定義一些參數(shù)如下：

1〕最小工作頻率－ｆmin

2〕預計電源效率－η≈0.85~0.9(高壓輸出 )，0.75~0.85（低壓輸出）

3〕最小直流總線電壓－Vmin如110V時最小輸入電壓85Vac，可有10V抖動）

4〕最大占空比－Dm（建議最大值為0.5）

5）串聯(lián)諧振電容值－Cres〔建議取值范圍為100pf~1.5nf，見圖1〕

3〕變壓器設計步驟

首先計算總輸出功率，它包括所有次級輸出功率，輔助輸出功率和輸出二極管的壓降。通常主要輸出電流若大于1A使用肖特基二極管，小于1A使用快恢復二極管，當小電流輸出時輔助繞組可用1N4148整流（建議輔助電壓為18V，電流為30mA）

輸出功率（Po）計算的是總的輸出功率。
根據(jù)Po變壓器的初級電感可由下式計算出。

下一步是計算初級，次級和輔助繞組的變比。下式給出初級(Np)和次級(Ns)變比的計算公式：

此處Vo是次級輸出電壓，VD是次級輸出整流管的正向壓降。一個好的方法是先計算次級每

伏的匝數(shù)，依此可計算出初級的匝數(shù)。輔助繞組的匝數(shù)NB可依下式算出。

對于多路輸出電源需要反復計算找出最佳變比，需要對輸出電壓采取一些折中以確保匝數(shù)為整數(shù)，沒有半匝?，F(xiàn)在就可計算出帶氣隙磁芯的有效電感。這需要從磁芯生產(chǎn)商處獲得所需有氣隙磁芯的Alg值。

或者使用標準磁芯通過研磨中間段得到所需的Alg值它也可以用下式由初級電感Lp(μH)和初級匝數(shù)Np計算出。 

初級平均電流Iav可由假定效率η，所需總輸出功率Po及最小直流總線電壓Vmin算出。

所需初級峰值電流Ip可由下式算出

圖2給出不連續(xù)模式初級電流波形。可以看出在t1導通期間 有一斜坡電流，其上升斜率受直流總線電壓和初級電感Lp控制，最終達到剛才所計算的峰值電流值Ip。在t2關斷期間初級無電流流過。在I=Ip處出現(xiàn)峰值磁通。由于IR40xx是自準諧振電路，t1 與t2的轉(zhuǎn)換依賴于輸出負載和輸入電壓。計算時我們可采用變壓器最壞情況下的最低頻率，最低直流總線電壓和最大負載。

  

根據(jù)初級RMS電流I rms能夠算出所需導線線徑，見下式。

下一步是計算所需磁芯尺寸和氣隙。首先選擇磁芯尺寸，可以應用第五部分給出的磁芯類型和尺寸選擇適當?shù)墓β实燃墶８鶕?jù)下式由有效截面積Ae(cm²)計算。

出最大磁通密度Bm，作為磁芯選擇依據(jù)（Bm應在2000~3000高斯之間，低于2000磁芯未被充分利用，高于3000依據(jù)所用鐵氧體材料可能發(fā)生飽和）。

一個可選方法是由Bm（如2500）計算所需磁芯的最小Ae.見下式。

通過改變次級匝數(shù)(Ns)可使Bm在所需范圍內(nèi)，也可直接改變初級匝數(shù)(Np)。對于專門磁芯增加次級匝數(shù)將降低Bm，反過來減少次級匝數(shù)將增大Bm。
交流磁密BAC的應用可依據(jù)廠商提供的磁芯損耗曲線。它給出磁通的交流成分而不是峰峰值。這對不連續(xù)變壓器設計可很方便由下式算出。

下一步是計算所需氣隙。這意味著先要計算無隙磁芯的相對導磁率 μr，它可由磁芯參數(shù)Ae（有效截面積cm²），Le（有效磁路長度cm²），AL（電感系數(shù)nH/匝²）計算出。

現(xiàn)在可以計算氣隙的厚度了。氣隙僅在磁芯的中間部分研磨，這樣有助于防止磁芯邊沿磁通泄漏對周圍元件產(chǎn)生EMI噪聲（然而對于發(fā)展中或小的產(chǎn)品用絕緣材料墊在磁芯外部獲得所需氣隙是可以接收的。但必須切記外部氣隙是計算值的一半）。Ig最小是0.051mm，這是Alg的約束和研磨容許誤差。

隨著參數(shù)的計算和確定我們現(xiàn)在需要計算合適的導線規(guī)格。首先需要根據(jù)實際骨架寬度(BW)計算可用骨架寬度（BWA）, 初級繞組（L）層數(shù)，余留寬度（M）。初級可繞1，2層或3層但要盡量減少層數(shù)以降低初級繞組電容（也可用膠帶絕緣初級能有效的降低繞組電容）和漏電感。余留尺寸取決于由系統(tǒng)輸入電壓和安全處理決定的所需絕緣程度（詳見第4部分變壓器結(jié)構(gòu)）。另一可行辦法是次級次級繞組，通過合并輸出返回連接端能夠減少骨架所需引腳數(shù)。這兩種次級繞組安排見下圖3。

在圖 3所示例子中次級S1傳導S1，S2，S3的和電流，次級S2傳導S2，S3的和電流，因此導線的規(guī)格必須于之相適應。Ispx計算公式變?yōu)橄率剑?/p>

此處ΣPox是各繞組功率之和，例如在圖3 b) 中S1＋S2＋S3為S3繞組，S1＋S2為S2繞組。S3仍舊傳導它自己的電流，計算是簡單的。現(xiàn)在次級RMS電流 (Isrms) 可以下式計算：

圖4給出IR40xx漏極電壓，初級電流，變壓器次級電壓和次級電流。據(jù)此可以看出初、次級之間的關系，初、 次級電流是如何不在同一時間流動的。
現(xiàn)在根據(jù)所計算的次級RMS電流（Isxrms）得出所需次級導線的規(guī)格。公式如下：

注意此處計算的初級所用CMA（電流容量）要確保與初級和次級的電流容量相匹配。由所計算的CM值從導線規(guī)格表中選擇合適的導線。若可能的話總是在相鄰低點的AWG號（它是相鄰較大導線規(guī)格）附近取值。次級導線規(guī)格大于26AWG時建議不使用單根導線，其原因在前面關于初級導線規(guī)格時已提及到，所以繞組就需要用小規(guī)格的導線或者絞合線（它通常是多股導線編織而成這種導線一般是定做，價格昂貴，但它使用效果好）并聯(lián)使用。當使用并聯(lián)導線時應確信全部CM值在前面計算值的10%之內(nèi)。同法可計算出輔助繞組所需的導線規(guī)格。

為了初、次級間有最強的耦合，次級繞組應充滿整個骨架寬度。由于次級繞組通常只有很少的匝數(shù)，所以能通過繞組并聯(lián)達到此目的。