返驰式变压器设计-实战版

電源管理－返馳式隔離電源設計問題的解決技巧在設計返馳式電源供應器除了會考慮到變壓器之設計、輸出濾波電感、輸出與輸入電容的選擇及封閉迴路補償的計算外，有一些其他事項如分諧波振幅、音頻雜訊、定功率限制等亦不可以被忽略。

本文將針對使用返馳式架構設計電源供應器常遇到的問題，提出一些解決方案。

■斜率補償對電流控制模式（current mode control）之電源轉換器，當輸入電壓降低，相對應之工作週期（duty cycle）增加，當工作週期大於50% 時會產生分諧波振盪如（圖1、2）所示電感電流差（ΔI i）漸增，系統振盪。

我們可利用迴授斜率補償電路（圖3）來避免分諧波振盪。

在原來迴授電容（C B）串聯C SL 到地，並連接R SL到輔助繞組構成迴授斜率補償電路。

其斜率如等式（1）▲圖1. 工作週期與相對應之電感電流。

▲圖2. 一次側MOSFET之電壓、電流及迴授電壓。

其中Vfb為迴授電壓、Ids為一次側MOSFET Drain電流、Vds為一次側MOSFET Drain電壓。

舉例說明：當V DC=60V，duty cycle>0.5，使用迴授斜率補償電路RSL=2.4kΩ，CSL=33nF。

其量測結果如圖4。

▲圖3. 斜率補償電路及其波形。

▲圖4. 斜率補償後之量測波形（V DC=60V，RSL=2.4k? Ω，C SL=33nF）。

同時，此斜率補償電路亦可減少在Burst Mode工作模式下輸出之功率（見圖5與圖6），同時可降低音頻雜訊。

▲圖5. 使用FSDM0565無斜率補償之波形。

▲圖6. 使用FSDM0565.斜率補償後之波形。

■降低音頻雜訊音頻雜訊主有兩個來源：一為當變壓器最低振動頻率（fundamental frequency）低於20KHz時，會產生音頻雜訊（圖7）。

另一個為用於RCD（電阻、電容、二極體）Snubber之陶瓷電容具有壓電特性，亦會產生音頻雜訊。

而音頻雜訊強度與電流流過變壓器及（或）Snubber電容的大小及最低振動頻率有關。

反激变压器设计过程电源参数根据功率、输入输出的情况，我们选择反激电源拓扑。

反激式变压器的优点有:1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求。

2. 转换效率高,损失小。

3. 变压器匝数比值较小。

4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出。

设计步骤：1、决定电源参数。

2、计算电路参数。

3、选择磁芯材料。

4、选择磁芯的形状和尺寸。

5、计算变压器匝数、有效气隙电感系数及气隙长度。

6、选择绕组线圈线径。

7、计算变压器损耗和温升。

原理图步骤一、确定电源参数：（有些参数为指标给定，有些参数从资料查得）注：电流比例因数：纹波比例，在重载和低收入情况下的纹波电流和实际电流的比例。

步骤二、计算电路参数：最低直流输入电压：Z为损耗分配因数，如果Z=1.0表示所有损耗都在副边，如果Z=0表示所有的损耗都在原边，在这里取Z=0.5表示原副边都存在损耗。

步骤三、选择磁芯材料：铁氧体材料具有电阻率高，高频损耗小的特点，且有多种材料和磁芯规格满足各要求，加之价格较其它材料低廉，是目前在开关电源中应用最为广泛的材料。

同时也有饱和磁感应比较低，材质脆，不耐冲击，温度性能差的缺点。

采用的是用于开关电源变压器及传输高功率器件的MnZn功率铁氧体材料PC40,其初始磁导率为2300±25％，饱和磁通密度为510mT（25℃时）/390mT（100℃时）,居里温度为215℃。

选择磁芯材料为铁氧体，PC40。

步骤四、选择磁芯的形状和尺寸：高频功率电子电路中离不开磁性材料。

磁性材料主要用于电路中的 变压器、扼流圈(包括谐振电感器)中。

变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的。

磁性材料(Magnetic materials)有个磁饱和问题。

如果磁路饱和，会导致变压器电量传递畸变，使得电感器电感量减小等。

对于电源来说，有效电感量的减小，电源输出纹波将增加， 并且通过开关管的峰值电流将增加。

30W反激变压器设计反激变压器（Flyback Transformer）是一种广泛应用于电源供应器中的变压器。

它的特点是可以实现高压变换、隔离和电源回馈控制，适用于各种电力供应器和逆变器应用。

在本篇文章中，将详细介绍30W反激变压器的设计原理和步骤。

首先，我们需要明确设计要求和规格。

根据需求，我们需要设计一个30W的反激变压器。

一般来说，该类型的变压器包括两个主要部分：主变压器和辅助电路。

主变压器用于输出电源的隔离和升降压，而辅助电路则用于控制开关管的导通和关断。

在设计过程中，我们需要考虑以下几个关键参数：1.输入电压和输出电压：根据应用需求，确定变压器的输入和输出电压范围。

2.输出功率：确定变压器的输出功率要求，以决定设计的变压器芯的尺寸和匝数。

3.开关频率：选择适当的开关频率，以确保变压器的效率和稳定性。

4.选择芯式和线圈材料：根据功率和频率要求，选择合适的芯式和线圈材料。

常用的芯式包括EE、EL、EP等。

5.线圈匝数计算：根据输入和输出电压的比例，计算主辅助线圈的匝数。

设计步骤如下：1.确定输入和输出电压：根据应用需求，选择合适的输入电压和输出电压。

2.计算变压比：计算输入和输出电压的比例，确定变压器的变压比。

3.计算输出电流：根据输出功率和输出电压，计算输出电流。

4.计算开关频率：选择适当的开关频率，一般在20kHz至100kHz之间。

5.选择芯式和线圈材料：根据功率和频率要求，选择合适的芯式和线圈材料。

6.计算线圈匝数：根据输入和输出电压的比例，计算主线圈和辅助线圈的匝数。

7.计算变压器的匝数比：根据主辅助线圈的匝数，计算变压器的匝数比。

8.计算变压器的电感：根据输入电压、开关频率和匝数，计算变压器的电感（L）。

9.计算开关管的导通时间：根据变压器的电感和输出电流，计算开关管的导通时间。

10.选择开关管：根据导通时间和输出电流，选择合适的开关管。

11.制作变压器线圈：根据计算得到的匝数和线径，制作主线圈和辅助线圈。

参数要求INPUT MIN90VAC INPUT MAX 265VAC OUTPUT 119VDC I 3.16A Po60.04W OUTPUT 212VDC I 0.1A Po1.2W OUTPUT 30VDC I 0A Po0W NVcc12VDC I 0A Po0W 工作频率Fs70KHz Dmax=0.5Ae 70.3步骤1求CORE 137.790.2TAP=0.62cm4步骤2 估算臨界電流 IOB ( DCM / CCM BOUNDARY )IOB = 80%*Io(max)IoB = 2.528步骤3求匝數比 nN = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)]107.26N= 5.4447*1= 5.44步骤4求CCM / DCM臨界狀態之副邊峰值電流ΔISB.ΔIsb = 2Iob / (1-Dmax)=10.112A步骤5計算次級電感 Ls 及原邊電感 Lp.Ls = (Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / ΔISB =0.14070.013916=13.916uHLp = n2 Ls =412.5193uH步骤6求CCM時副邊峰值電流ΔIsp.Io(max) = (2ΔIs + ΔISB) * (1- Dmax) / 2ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) - (ΔISB / 2 )ΔIsp = ΔISB +ΔIs = Io(max) / (1-Dmax) + (ΔISB / 2 )=11.376A步骤7求CCM時原邊峰值電流ΔIpp.ΔIpp = ΔIcp / n = 2.089383A步骤8確定Np、Ns1> Np Np = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae)=61.302T 2> Ns Ns = Np / n =11.259T 3> Nvcc求每匝伏特數Va Va = (Vo + Vf) / Ns= 1.7497V/Ts Nvcc = (Vcc + Vf) / Va =7.0298T 本文介绍了设计反激变压器的步骤及公式，在红色框内输入数据即可..........反激变压器设计AP= AW*Ae=(Pt*100000)/(2ΔB*fs*J*Ku)VIN（min）=△B = 0.6 * (390 - 60) = 198mT ≒传递功率Pt = Po /η +Po = J : 電流密度 A / cm2 (300~500)Ku: 繞組系數 0.2 ~ 0.5。