精通开关电源设计_第三章笔记
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第三章离线式变换器设计与磁学技术3．1 反激变换器磁学习技术3．1．1 变压器绕组极性匝比n=n p/n s，其中n p为一次绕线匝数，n s为二次绕线匝数3．1．2 反激变换器中变压器功能及占空比R ：表示折算电压变压器原理中的电压关系V PV S=nV P:一次绕组电压V S:二次绕组电压L P：二次绕组悬空（无电流流过）时测的一次电感L S：二次绕组悬空无电流时测的二次电感电流比方程：I P I S =1n≡I P×n=I S变压器参数计算规则如下：已知一次电压求二次电压，需除以匝比，已知二次电压求一次电压，则需要乘以匝比。
电流计算规则相反，已知一次电流求二次电流，需乘以匝比，已知二次电流求一次电流，则需要除以匝比。
3．1．3 等效的buck-boost模型3．1．4 反激变换器电流纹波率3．1．5 漏感3．1．6 齐纳管钳位损耗3．1．7 二次漏感同样影响一次侧3．1．8 有效一次漏感电感测量3．1．9 实际例——反激变压器设计74W的常用输入（90V～270VAC）反激变换器，欲设计输出5V/10A和12V/2A。
设计合适的反激变换器，假定开关频率为150kHz。
同时，尽量使用较经济的额定值为600V 的MOSFET。
1)：确定V OR与V Z最大输入电压时，加在变换器上的整流直流电V INMAX=√2×VAC MAX=√2×270=382VMOS管额定电压为600V，取30V裕量，所以漏极电压不超过570V。
由于漏极电压V IN+V Z于是有V IN+V Z为最高电压峰值电压，V OR在此之内。
V IN+V Z=382+V Z≤570V Z≤570−382=188V需选择标准的180V稳压管。
由于V ZV OR=1.4时，钳位损耗最低，因此选择此比值为最优比。
则有V OR=V Z1.4≈128V2)：匝比假设5V输出二极管正向压降为0.6V，则匝比为：电压要求高的一组计算匝比n=V ORV O+V D=1285.6=22.863)：最大占空比（理论值）最恶劣的电压为：V INMIN=√2×VAC MIN=√2×90=127V 最小输入电压时占空比为：D=V ORV OR+V INMIN=128128+127=0.5（buck_boost）这是为100%效率。
电容值经验一般取值 3uF/W.例：对于低网输入时效率为70%的74W电源，其输入功率为74/0.7=106W。
故应使用106 × 3 = 318uF（标准值330uF）的输入电容。
4)：一次与二次有效负载电流若将74W的输出功率集中在一个等效5V单输出上，则可得5V输出负载电流为：I O=745≈15A一次输出电压为V OR，负载电流为I OR，其中I OR=I On=1522.86=0.656A5)：占空比输入功率：P IN=P O效率=740.7=105.7W平均输入电流：最大输入电流?I IN=P INV IN=105.7127=0.832AI IND=I LR因为输入电流只在开关导通时才有I OR1−D=I LR因为输出电流只在开关断开时才有I IN D =I OR1−D≡D=I INI IN+I OR=0.8320.832+0.656=0.5596)：一次和二次电流斜坡实际中心值二次电流斜坡中心值（集中功率时）I L=I O1−D=151−0.559=34.01A一次电流斜坡中心值I LR=I Ln=34.0122.86=1.488A7)：峰值开关电流根据以上I LR的值，可得所选电流纹波率情况下的峰值电流，r=0.5I PK=(1+r2)×I LR=1.25×1.488=1.86A8)：伏秒数输入电压为V INMIN时：V ON=V IN=127V 导通时间为：ton=Df=0.559150×103≈3.727us所以伏秒数为：Et=V on×t on=127×3.727=473Vus9)：一次电感设计离线变压器时，因需要降低高频铜耗，减小变压器体积等各种原因将r 值设定为0.5左右。
根据“L×I”规则一次电感为：L P=1I LR×Etr=4731.488×0.5=636uH10)：磁心选择电感系数(AL):为了使磁芯电感容易计算，在手册中给出电感系数AL，它表示磁芯具有1匝（或规定整数匝,例如1000匝）线圈时的电感量截面磁芯的有效截面(Ae)，有效长度(le)、有效体积(Ve)、面积乘积(Ap)、窗口面积，即内径包围的面积(Aw)对于铁氧体磁心选择经验公式：V e=0.7×(2+r)2r×P INfcm3其中f的单位是kHz。
V e=0.7×(2.5)20.5×105.7150=6.17cm3查表后可选择EI-30或更大磁心：Ae=1.11cm2le=5.8cm则可得体积为：V e=A e×l e=5.8×1.11=6.438cm3 11)：匝数电压相关方程：B=L×IN×A×T使B与L相联。
关于r的电压方程式（MKS单位制）：N=(1+2r)×V ON×D2×B PK×A e×f(适用于所有拓扑)只要知道磁心面积A e与其磁通密度变化范围，仍能得到所求的匝数。
B PK≤0.3T。
所求解N为（此处N为n p,为一次绕组匝数）n p=(1+20.5)×127×0.5592×0.3×1.11×10−4×150×103=35.5匝5V输出的二次绕组匝数为：n S=n Pn=35.522.86=1.55匝≈2匝——取整数反过来计算：n P=n S×n=2×22.86≈46匝12V输出绕组通过计算得：n S_AUX=12+15+0.6×2=4.64≈5匝其中假定5V输出二极管压降有0.6V的压降、12V输出二极管有1V压降。
如前面的电压相关方程B＝LI/NA，则N＝LI/BA，此时的B应该为ΔBLI＝伏秒数Et，ΔB＝2 BAC＝2r BPK /（r＋2）铁氧体磁心BPK≤0.3T则有一次绕组匝数（和书上的计算公式不一样，需要公式变换）np＝LI/（ΔB*Ae）＝Et/{[2r BPK /（r＋2）]*A}＝(1+2/r)*Et/(2 BPK*Ae)＝473*10-6(1+2/0.5)/(2*0.3*1.11*10-4)＝35.5匝则5V输出的匝数是ns＝np/n＝35.5/22.86＝1.55匝≈2匝取整数反过来计算np＝ns*n＝2*22.86＝45.72≈46匝12V绕组的匝数是[（12＋1）/（5＋0.6）]*2=4.64≈5匝，二极管压降分别取1V 和0.6V12)：实际磁通密度变化范围根据电压方程解的B为：B PK=(1+2r)×V ON×D2×n P×A e×f×T因为我们知道B PK与匝数成反比，所以如果已知35.5匝对应0.3T,则对应46匝的 B PK应等于（保持L、r不变）B PK=35.546×0.3=0.2315T磁通密度的摆幅与幅值的关系为：∆B≡2×B AC=2×rr+2×B PK=12.5×0.2315=0.0926T注意，对CGS单位，此时峰值为2315Gs，且交流磁通密度分量为摆幅的一半，即463Gs(r=0.5).13): 磁隙L与磁导率相关方程有：L=1z×(μμo A el e)×N2H其中z为气隙系数z=l e+μl gl e注意：z不可取小于1（无气隙）的任何值3．1．10 导线规格与铜皮厚度选择3．2 正激变换器磁学技术3．2．1 占空比3．2．2 最恶劣电压输入3．2．3 窗口面积利用3．2．4磁心型号与其所通功率3．2．5实际例子——正激变换器变压器设计。
