《工业控制计算机｝２０１２年第２５卷第３期 １Ｏ１
单端反激式开关电源中变压器的设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄ Ｆｌｙｂａｃｋ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ ｏｆ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ
杜琰琪’ 范鹏飞 凌有铸’ 蒋 慧。 （１安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，安徽芜湖２４１０００； ２阜阳轴承股份有限公司，安徽阜阳２３６０２３；３芜湖信息技术职业学院电子信息系，安徽芜湖２４１００３）
摘 要 变压器是开关电源中的核心元器件，它的性能好坏对整个开关电源的设计能否成功至关重要。根据设计实例，详细介绍 了反激式变压器设计的一般步骤和注意事项。设计的脉冲变压器工作在ＣＣＭ（连续电流模式）方式下，应用在八路输出的开 关电源电路中，工作时性能稳定。 关键词：开关电源，变压器，ＣＣＭ，反激式 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ，ｉｔｓ ｇｏｏｄ ｏｒ ｂａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏ￣ｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｗｈｅｔｈｅｒ ＳＵＣＣＥＳＳ ｏｒ ｎｏｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｔｅｐ ａｎｄ ｍａｔｔｅｒｓ ｎｅｅｄｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ＣＣＭ ｆｃｏｎｔｉｎｕ— ＯＵＳ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ）ｍｏｄｅ，ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ ｒｏａｄ ｏｕｔｐｕｔ ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｗｏｒｋｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ．ｆｌｙｂａｃｋ 现代开关电源因具有效率高，体积小，性能稳定等优点，已 经逐渐取代了传统的线性电源，在电子、电气设备和家电领域等 方面得到了广泛的使用。单端反激式拓扑结构的变压器，在多路 输出情况下电路简单，成本较低且具有效率高等优点，被越来越 多地应用在中小功率的开关电源中。 １ 反激式变压器工作原理 反激式开关电源变压器实质上是一个耦合电感，它具有变 压，电气隔离，磁耦合传送能量等作用，基于ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ—ＧＸ的 典型反激式开关电源电路图如图１所示…。Ｔ为变压器，ＴＯＰ— Ｓｗｉｔｃｈ—ＧＸ内部的ＭＯＳＦＥＴ导通时，电流由漏极Ｄ经过内部 ＭＯＳＦＥＴ管流向源极Ｓ，使变压器Ｔ初级绕组两端的电压为上 正下负，而同名端与初级绕组相反的次级绕组的电压相位是上 负下正，此时次级整流二极管Ｄ２被反向偏置而截止，能量储存 在变压器中，负载电流由输出电容Ｃ２供电；当芯片内部Ｍ０Ｓ— ＦＥＴ截止时，初级绕组两端电压极性反向，使次级绕组相位变为 上正下负，整流二极管Ｄ２被正向偏置而导通，此时储存在变压 器中的能量开始向负载和输出电容传递ｌ２］。
要制造好高频变压器要注意两点：
一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。
二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。
1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。
若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。
2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。
3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。
单管正激式开关电源变压器设计
引言：
设计目标：
设计一个单管正激式开关电源变压器，输入电压为220V，输出电压为12V，输出电流为1A。主要的设计目标如下：
1.高能效：确保转换效率达到90%以上。
2.稳定性：在负载变化范围内，输出电压波动小于5%。
3.安全性：确保设计的变压器具有过载和短路保护功能。
4.成本：在满足以上要求的情况下，尽量降低设计成本。
设计过程：
1.计算变压器的变比：
由于输入电压为220V，输出电压为12V，所以变压器的变比为220/12=18.33
2.计算次级电流：
输出电流为1A，因此次级电流为1A。
3.计算主磁环的Ae（过剩面积）：
根据磁环材料的选择，可以得到主磁环的Ae值。
4.计算主磁环的直径D：
根据所选择的磁环材料的饱和磁感应强度，可以得到主磁环的直径D。 5.计算次级绕组的匝数：
次级绕组的匝数可以根据变比计算得出。
6.计算次级绕组的截面积：
由于次级电流和次级绕组匝数已知，可以计算出次级绕组的截面积。
7.选择铁芯截面积：
根据所需的变压器功率，可以选择合适的铁芯截面积。
8.计算输出电压波动：
根据设计目标的要求，计算负载变化时输出电压的波动范围。
9.设计过载和短路保护：
根据设计目标的要求，设计过载和短路保护电路，以确保变压器的安全性。
设计要点：
1.磁环材料的选择：磁环材料应具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗，以提高变压器的效率。
2.绕组材料的选择：绕组材料应具有良好的导电性和低电阻，以减小损耗和提高效率。
3.绝缘材料的选择：绝缘材料应具有良好的绝缘性能和耐高温性能，以确保变压器的安全性和可靠性。
4.冷却系统的设计：变压器在工作中会产生一定的热量，需要设计合适的冷却系统，以保持变压器的温度在安全范围内。 总结：
单管正激式开关电源变压器是一种常见的电源转换器，设计时需要考虑效率、稳定性、安全性和成本等因素。在设计过程中，需要计算变压器的变比、次级电流、主磁环的Ae和直径、次级绕组的匝数和截面积，选择合适的铁芯截面积，设计合适的过载和短路保护电路，并选用合适的磁环材料、绕组材料和绝缘材料。另外，还需考虑冷却系统的设计，以确保变压器的工作温度在安全范围内。通过合理的设计和选择，可以设计出满足要求的单管正激式开关电源变压器。
一种实用的反激开关电源变压器设计方法
一、引言
反激开关电源变压器是现代电子设备中常用的电源供应器件之一，其设计方法对于电源的性能和稳定性具有重要影响。本文将介绍一种实用的反激开关电源变压器设计方法，旨在提供一种有效的工程实践方案。
二、反激开关电源的基本原理
反激开关电源是一种通过开关管的开关动作来实现电能转换的电源，其基本原理是利用变压器和电容器的耦合作用，将输入电源的直流电压转换为需要的输出电压。反激开关电源主要由输入滤波电路、功率开关器件、变压器、输出整流电路和控制电路等组成。
三、变压器设计方法
1. 确定输入输出电压：根据实际需求确定反激开关电源的输入和输出电压，通常输入电压为220V交流电，输出电压可根据设备需求进行选择。
2. 计算变比：变压器的变比决定了输入电压与输出电压之间的比例关系，一般情况下可以根据公式计算得到变比。例如，若输入电压为Vin，输出电压为Vout，变比为N，则有Vin/Vout = N。
3. 确定功率：根据设备的功率需求，计算出所需的变压器功率。功率的计算公式为P = V * I，其中P为功率，V为电压，I为电流。
4. 选择磁芯：根据功率计算结果选择合适的磁芯，磁芯的选择要考虑到磁芯的饱和电流、磁导率和温度特性等因素。
5. 计算匝数：根据变比和所选择的磁芯，计算出变压器的匝数。变压器的匝数与输入输出电压以及变比之间存在一定的关系，可以通过公式计算得到。
6. 计算电流：根据所需的功率和变压器的匝数，计算出变压器的电流。变压器的电流决定了变压器的导线截面积和绕线的粗细。
7. 设计绕线：根据计算的匝数和电流，设计变压器的绕线方式。绕线时要考虑到绕线的紧密程度、层数和绝缘等因素。
8. 耦合系数的选择：根据实际需求选择合适的耦合系数，耦合系数的选择影响了变压器的效率和性能。
9. 核心磁通密度的计算：根据变压器的功率和磁芯的型号，计算出核心磁通密度。核心磁通密度要符合磁芯的设计要求，同时保证变压器的性能稳定。
