单端反激式开关电源变压器设计

单端反激式开关电源中变压器的设计变压器作为单端反激式开关电源中的关键部件，在一定时间内具有不变的变换特性，因此具有较强的可靠性。

变压器的设计方案的选择对单端反激式开关电源的工作稳定性和效率都有很大的影响，因此变压器的设计步骤和要求都需要非常精细地考虑。

一、变压器设计步骤1、选择基本参数：在变压器设计中，首先要根据单端反激式开关电源的功率、输入电压、输出电压、铁芯材料、匝数及其他参数等，确定变压器的基本参数。

2、磁材和匝组设计：根据变压器的基本参数，确定变压器的磁芯材料，以及计算求出的空心铁芯的尺寸，以此作为变压器的磁材和匝组设计的参考。

3、选择变压器结构形式：根据变压器的功率大小，以及其应用环境的实际情况，选择工作最稳定的变压器结构形式。

4、绕组设计：针对上述选择的变压器结构形式，根据变压器的基本参数，选择合适的绕组几何参数，并根据电流要求以及其他条件，采用不同的工艺技术完成绕组的设计。

5、振荡线圈设计：由于单端反激式开关电源较复杂，为了实现对电压幅值、相位和线性度的控制，可能要设计振荡线圈。

因此，在实际的设计中，需要根据电路的实际要求，进行振荡线圈的合理设计。

1、电气特性要求：变压器的电气特性包括变换率、耐压要求、绝缘耐压要求、额定功率、工频噪声。

变压器应能满足额定电压比、额定电流、绝缘耐压、额定功率等要求，而且应保持满足所需的线性度要求，并具有良好的耐辐射和抗干扰能力。

2、机械特性要求：机械特性包括尺寸、外形和结构特性。

变压器的结构特性要求包括安装大小、安装方式、绝缘要求、电正性要求等，并要求可以长时间稳定的运行，在正常工作情况下，满足高强度，无变形。

3、热效应要求：在变压器设计中还应考虑高效率、低损耗要求，其中尤其需要考虑到热效应。

热效应要求变压器的绝缘材料具有高的热稳定性；并且磁芯的结构设计要考虑到磁芯材料的热导性和热抗性；另外，还要考虑到电磁绕组材料的空气隙、绕组物理结构等造成的损耗，以确保变压器的热效应稳定可靠。

目录摘要 (2)第一章开关电源概述 (1)1.1 开关电源的定义与分类 (1)1.2 开关电源的基本工作原理与应用 (1)1.2.1 开关电源的基本工作原理 (1)1.2.2 开关电源的应用 (2)1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势 (5)1.3.1 开关电源待解决的问题 (5)1.3.2 开关电源的发展趋势 (5)第二章设计方案比较与选择 (7)2.1 本课题选题意义 (7)2.2 方案的设计要求 (7)2.3 选取的设计方案 (8)第三章反激式高频开关电源系统的设计 (9)3.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图 (9)3.2 单端反激式高频变压器的设计 (10)3.2.1 高频变压器设计考虑的问题 (10)3.2.2 单端反激式变压器设计 (11)3.3 高频开关电源控制电路的设计 (15)3.3.1 PWM 集成控制器的工作原理与比较 (15)3.3.2 UC3842工作原理 (17)3.3.3 UC3842的使用特点 (18)3.4 反馈电路及保护电路的设计 (19)3.4.1 过压、欠压保护电路及反馈 (19)3.4.2 过流保护电路及反馈 (19)3.5变压器设计中注意事项 (20)第四章总结 (21)参考文献 (23)致谢 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

为此本论文以反激式高频开关电源为设计方向而展开，对高频变压器的认知及所注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。

反激式开关电源变压器设计反激式变压器是反激式开关电源的核心,它决定了反激式变换器一系列的重要参数,如占空比D ，最大峰值电流，设计反激式变压器,就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。

这样可以让其发热量尽量小，对器件的磨损也尽量小。

同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源性能会有很大的下降，如损耗会加大,最大输出功率会下降.设计变压器，就是要先选定一个工作点，在这个点就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。

第一步，选定原边感应电压V OR 。

这个值是有自己来设定的，这个值就决定了电源的占空比.可能朋友们不理解什么是原边感应电压。

我们分析一个工作原理图。

当开关管开通的时候,原边相当于一个电感，电感两端加上电压,其电流值不会突变，而线性上升:I 升=Vs*Ton/L 。

这三项分别是原边输入电压，开关开通时间和原边电感量。

在开关管关断的时候,原边电感放电，电感电流会下降，此时有下降了的电流:I 降=V OR *T OFF /L 。

这三项分别是原边感应电压（即放电电压）、开关管管段时间和电感量。

经过一个周期后，原边电感电流会回到原来的值，不可能会变，所以有：Vs ＊T ON /L=V OR ＊T OFF /L 。

即上升了的等于下降了的。

上式中用D 来代替T ON ，用(1-D ）来代替T OFF .移项可得:D=V OR /（V OR +Vs)。

这就是最大占空比了.比如说我设计的这个变压器，我选定电感电压V OR =20V ，则Vs 为24V ，D=20/（20+24）=0。

455。

第二步，确定原边电流波形的参数原边电流波形有三个参数，平均电流，有效值电流,峰值电流，首先要知道原边电流的波形,原边电流的波形如下。

这是一个梯形波横向表示时间，总想表示电流大小，这个波形有三个值，一个是平均值I 平均,二是有效值I ，三是峰值Ip 。

首先要确定平均值I 平均：I 平均=Po/(η＊Vs ）。

·　５９　·研制开发单端反激式开关电源变压器的设计顾伟康（国网浙江省电力有限公司 湖州供电公司，浙江文章针对开关电源变压器设计中存在公式繁多，参数计算困难等问题，提出了一种简单实用的设计方法。

该方法统一了变压器工作在电流连续模式和断续模式下的计算公式，有效解决了原边电感值、线圈匝数、线径、磁芯大小等参数的设计，降低了设计难度，提高了设计效率，并给出了设计实例。

开关电源；反激式变压器；参数Design of Single-Ended Flyback Transformers in Switching Power SupplyGU WeikangHuzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co.The paper puts forward a simple and practical design method for there are many issues such as various parameter calculation difficulty in switching power supply transformer. This method unified the formulas of current continuous mode and current discontinuous mode ，effectively solved the original side inductance value core size and so on ，reduced the design difficulty 图1 单端反激式变压器原理图2 单端反激式变压器的设计单端反激式变压器设计流程图如图2所示。

根据下面步骤设计合适的变压器。

2.1 确定系统要求V acmax ，V acmin ，U max ，U min ，V o ，P o ，η等参数值的确定。

一步一步精通单端反激式开关电源设计目录■系统应用需求 (3)■步骤1_确定应用需求 (3)■步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压VB (4)■步骤3_确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX，并基于输入电压和PO选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.1、选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.2、确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX (8)■步骤4_输入整流桥的选择 (9)■步骤5_确定发射的输出电压VOR以及钳位稳压管电压VCLO (10)■步骤6_对应相应的工作模式及电流波形设定电流波形参数KP：当KP≤1时，KP=KRP;当KP≥1时，KP=KDP (14)■步骤7_根据VMIN和VOR确定DMAX (15)■步骤8_计算初级峰值电流IP、输入平均电流IAVG和初级RMS电流IRMS (16)■步骤9_基于AC输入电压，VO、PO以及效率选定MOS管芯片 (17)■步骤10_设定外部限流点降低的ILIMIT降低因数KI (17)■步骤11_通过IP和ILIMIT的比较验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤12_计算功率开关管热阻选择散热片验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤13_计算初级电感量LP (18)■步骤14_选择磁芯和骨架，再从磁芯和骨架的数据手册中得到AA，AA，AA，和BW的参考值 (18)■步骤15_设定初级绕组的层数L以及次级绕组圈数AA（可能需要经过迭代的过程） (24)■步骤16_计算次级绕组圈数AA以及偏置绕组圈数AA (25)■步骤17_确定初级绕组线径参数OD、DIA、AWG (25)■步骤18_步骤23-检查AA、AAA以及AA。

如果有必要可以通过改变L、AA或AA或磁芯/骨架的方法对其进行迭代，知道满足规定的范围 (25)■步骤24 –确认AA≤4200高斯。

如有必要，减小限流点降低因数AA (26)■步骤25 –计算次级峰值电流AAA (26)■步骤26 –计算次级RMS电流AAAAA (26)■步骤27 –确定次级绕组线径参数AA A、AAA A、AAA A (26)■步骤28 –确定输出电容的纹波电流AAAAAAA (27)■步骤29 –确定次级及偏置绕组的最大峰值反向电压AAAA,AAAA (27)■步骤30 –参照表8，基于VOR及输出类型选择初级钳位电路中使用的钳位稳压管以及阻断二极管 (27)■步骤31 –根据表9选择输出整流管 (28)■步骤32 –输出电容的选择 (28)■步骤33 –后级滤波器电感L和电容C的选择 (29)■步骤34 –从表10选择偏置绕组的整流管 (29)■步骤35 –偏置绕组电容的选择 (29)■步骤36 –控制极引脚电容及串联电阻的选择 (29)■步骤37 –根据图3、4、5及6中所示的参考反馈电路的类型，选用相应的反馈电路元件 (29)■步骤38 –环路动态补偿设计 (30)■系统应用需求交流输入最小电压：VACMIN，单位V交流输入最大电压：VACMAX，单位V交流输入电压频率：FL，单位HZ开关频率：FS，单位KHZ输出电压：Vo，单位V输出电流：IO，单位A电源效率：η负载调整率：SI损耗分配因子：Z空载功率损耗：P_NO_LOAD，单位MW输出纹波电压：VRIPPLE，单位MV■步骤1_确定应用需求●交流输入最小电压：VACMIN●●交流输入电压频率：FL50HZ或者60HZ，详见世界电网频率表。

单端反激式开关电源变压器设计首先是参数的确定。

设计单端反激式开关电源变压器时，需要确定其输入和输出电压、输出功率、工作频率等参数。

根据实际应用需求和性能要求，确定合理的参数是设计的第一步。

接下来是线圈绕制。

根据确定的参数，计算出合适的线圈匝数和绕线方法。

线圈绕制时，需要注意绕线的密度均匀性和固定性，以避免绕线过松或过紧，影响线圈的性能和寿命。

然后是磁芯选择和计算。

磁芯的选择与设计密切相关，它直接影响到电源变压器的效率、功率损耗和体积等。

根据输入输出电压和功率的关系，可以选择适当的磁芯材料和规格。

同时，需要根据工作频率和磁芯的特性计算线圈的匝数和绕制方法。

绝缘和耐压设计也是单端反激式开关电源变压器设计的重要环节。

电源变压器在工作时会有高电压和高频的信号通过，因此需要进行良好的绝缘和耐压设计。

合理的绝缘材料和绝缘结构可以保证电源变压器的安全可靠性。

在设计过程中，还需要考虑电源变压器的散热和冷却。

电源变压器在工作时会产生一定的热量，需要通过散热和冷却措施来保持合适的温度。

合适的散热风扇和散热片等可以有效地降低电源变压器的温度，提高其效率和寿命。

最后，还需要进行电磁兼容性设计。

电源变压器在工作时会产生一些电磁干扰信号，需要采取适当的电磁屏蔽和滤波措施，以防止其对周围电子设备和系统产生干扰。

综上所述，设计单端反激式开关电源变压器是一个比较复杂的工程，需要综合考虑各个方面的问题，并进行合理的计算和设计。

只有在合理选择参数、绕制线圈、选择磁芯、考虑绝缘和耐压、散热和冷却、以及电磁兼容性等问题时进行综合考虑和设计，才能设计出高效、稳定、可靠的单端反激式开关电源变压器。

单端反激开关电源中功率变压器的主要设计参数
单端反激开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它要承担着储能、变压、传递能量等工作。

下面对工作于连续模式和断续模式的单端反激变换器的变压器设计进行了总结。

 ①传输功率：将一个电源的能量瞬时地传输到负载。

 ②电压变换：通过改变初级与次级匝比，获得所需要的输出电压;可获得不同的多路输出电压;
 ③绝缘隔离：为了安全，要求离线供电或高压和低压不能共地，变压器方便地提供安全隔离。

 CCM模式：(连续模式)在连续模式下，初级开关电流是从一定幅度开始的，然后上升到峰值，再迅速回零;在连续模式下储存高频变压器的能量在每一个开关周期内并未全部释放掉，所以下一个开关周期具有一定的能量。

在采用连续模式可减少初级峰值电流IP和有效值电流IRMS，从而降低MOS 的功耗;但连续模式要求增大初级电感受量LP，导致高频变压器的体积增大。

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，需要给二极管加吸收电路。

 DCM模式：(不连续模式)在不连续模式下，初级开关电流是零开始上升到峰值，再回零。

在不连续模式下储存高频变压器的能量在每一个开关周期内全部释放掉，在不连续模式下的IP和IRMS值较大，但所需要的LP较小，高频变压器的体积可以相应减小。

适用于较小功率，副边二极管没有反向恢复的问题，但MOS管的峰值电流相对较大;
 连续模式和不连续模式的设定
 设在最大占空比时：初级电流Ip1。

第2章 单端式开关电源实际电路
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图2-15 给功率开关变压器铁芯增加气隙的结构图（续）
6．功率开关变压器初级绕组匝数N p 的计算
功率开关变压器铁芯气隙的宽度L g 计算出来以后，
可以利用下式计算功率开关变压器初级绕组匝数N p ：
4
max g p p 100.4πB L N I ⨯= （2-41）
将式（2-39）代入上式中，还可以得到功率开关变压器初级绕组匝数N p 的另外一个计算公式为
()4
p p p e max 10L I N A B ⨯= （2-42）
采用式（2-41）和式（2-42）都可以计算出功率开关变压器初级绕组的匝数N p ，结果是相同的。

因此，在设计实际应用电路时可根据已知条件进行灵活运用。

7．功率开关变压器次级绕组匝数N s 的计算
对于单端式反激型开关电源电路来说，一般功率开关变压器的次级绕组不只一组，有几路输出电压就有几组次级绕组，而每一组次级绕组的匝数N s 可由下式来计算：
()()
p o1d max s1i min max 1N U V D N U D +-= （2-43）
式中i min i 1.420U U =-，单位为V ；V d 为输出快速整流二极管的正向压降，单位为V ；U o1为第一路直流输出电压，单位为V 。

2.3.4 单端自激式反激型开关电源的启动电路
在开关电源电路的设计和调试中，单端自激式反激型开关电源中的启动电路常常被人们所忽视，这样就导致了设计出来的开关电源电路在实际调试或实际工作中常常出现不能起振或工作不可靠的问题。

因此，在这里我们将对单端自激式反激型开关电源中的启动电路进行较详细的分析。