开关电源设计—变压器流程

本系列文章从理论基础开始，由经验丰富的前工程师为大家讲解关于开关电源的设计，并对其中难点进行讲解，这个系列当中几乎包含了所有的常见拓扑电路，并且为采用自学方式的工程师量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。

　　计算初级电感量

　　K值就是上面说的电流连续比上面计算书定义的Ip2是电流上升前沿Ip1是电流上升后沿。所以当K=0的时候变压器是工作在临界模式以下的为防止计算出错一般习惯取0.001.

　　断续模式Ip就是ΔI；

　　得到了ΔI由--》E*T=L*ΔI得：

　　Lp=(Vinmin*Tonmax)/ΔI

　　这时候就得到了变压器初级所需要的电感量。　　选择合适的磁芯计算匝数

　　关于磁芯的选择网上有关于Ap法的很多计算公式。其实在做项目的时候根本没用过一次Ap法。对于公司已有的相同功率等级的型号，可以直接参照别的型号的磁芯作为初始设计出发点。

　　要是线绕不下，就抬高工作频率，骨架太空了，就选小一号的，一般经过几次迭代或者实验就出来了。对于完全全新的型号，是根据经验估算一个初始点，然后经过反复迭代得出结果的。其实对于一般的功率等级，向反激式这种拓扑，多大功率用多大磁芯，经验丰富一点的工程师都知道，可以向他们请教。

　　选定了磁芯后，根据规格书得到对应的Ae值，然后就可以进行匝数计算。

　　由E*T=Lp*ΔI=Np*Ae*ΔB

　　对于断续模式ΔB=Bmax,

　　对于连续模式

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　因为连续模式电流有一部分直流分量，对应Bmax也有一部分直流励磁。这个一定注意，连续模式要是直接用Bmax来计算匝数匝数就会算少所以很容易就会饱和了。

　　有关Bmax的取值，对于常见的PC40/PC44材料，保证在最恶劣工作状态下，不要超过0.38。计算的时候，一般选取0.28-0.32之间，假如在极限条件下抓到饱和波形，可以抬高一点频率。

　　上面公式是计算断续模式匝数的。

　　ΔB=Bmax，

　　对于连续模式，上面式子一定要修改为：

　　ΔB=Bmax*(1-K)

　　要不然计算出的匝数偏小，动态情况下很容易就饱和了。

　　计算气隙长度

　　公式推导比较简单的，具体的可以自行百度。安培环路定则还有做电源的俩最基本的公式消元法就OK了。

　　上面做了近似，近似所有的磁场能量都储存在气隙里面，因为磁芯的磁导率很高，气隙的磁场强度是磁芯的几时到几百倍，所以，近似磁芯为磁路短路，磁回路长度近似为气隙长度。　　计算次级匝数

　　注意合理匝数取整。这个结合自己项目实际情况，取整后，变比会有所变化，Dmax也会有所变化，所以需要用取整后的参数进行核算Bmax。

　　对取整以后的变压器参数进行反向核算

　　因为对变压器进行了匝数取整变比也就成了一个确定值。Vinmin已知，变比n已知。

　　上面的公式我不推导了还是利用伏秒积平衡原理。

　　变压器初级电流我们在确定初级电感量的时候，是使用平均值反推出峰值，但是，由于变压器绕组主要损耗是线电阻损耗，电流在电阻负载上的功耗计算，需要有效值电流。反激式工作电流波有两种状态，断续模式与连续模式。

　　两种波形有各自的有效值电流计算公式

　　我只是很久以前推到过赵修科老师书上有自己可以去参考一下

　　上图是断续模式的计算公式

　　计算次级电流有效值

　　反激式初级次级工作电流是对应的，初级连续，次级也是连续，初级断续，次级也是断续的，因为初次级共用的是同一个磁芯。

　　上面是次级电流有效值的计算，断续模式的，并且加入了次级电流连续或者断续的判断，(判断这一步其实没有必要，因为变压器初级连续，次级也连续，初级断续，次级也断续。)

　　计算线径

　　电流密度呢，一般都选取6A/mm^2。

　　一定要注意趋肤效应，最小占空比越小，频率越高，趋肤效应越严重。特别是前级带有PFC的反激式电源。因为考虑到成本，尽量使用600V的Mos管，所以占空比非常小，也就0.15左右，这时候，变压器初级一定要使用多股线，用单根线的话，需要取更小的电流密度。

　　对于一定的电流，需要的导线截面积是一定的，在实际选取线径的时候，要结合实际所选的骨架几何尺寸，做合适的组合，尽量不要散绕，对于某一层绕组，单根线太散的话，可以选取两根或者几根细线进行并饶，只要绕组的总截面积在计算值左右就好。

　　至此，与反激式变压器相关的设计流程也就讲解完毕了。