反激变压器原理设计

### 反激变压器原理设计详解 #### 一、引言 反激变压器是开关电源中常见的一种能量转换装置，主要用于实现电气隔离以及电压变换。它的工作原理基于电磁感应定律，通过控制开关管的状态来实现能量从初级绕组到次级绕组的转移。本文将详细介绍反激变压器的设计步骤及相关知识点。 #### 二、确定Dmax和Vor 1. **Dmax（最大占空比）**: 当输入电压最小时所能达到的最大占空比，通常建议设置在0.3至0.5之间，以确保系统的稳定性和效率。该值由公式 \(D_{max} = \frac{V_{or}}{V_{in\ min} + V_{or}}\) 计算得出。 2. **Vor（反射电压）**: 开关管关闭时，初级绕组中存储的能量会通过反射电压 \(V_{or}\) 释放到次级绕组，进而供给负载。该值由公式 \(V_{or} = V_{DS} - (V_{in\ max} + V_{leg} + \text{余量})\) 确定，其中 \(V_{DS}\) 是开关管的额定耐压。 #### 三、求匝比n 匝比 \(n\) 表示初级绕组与次级绕组的匝数比，其计算公式为 \(n = \frac{N_p}{N_s}\)，其中 \(N_p\) 和 \(N_s\) 分别为初级绕组和次级绕组的匝数。根据电压关系，可以推导出匝比的计算公式为 \(n = \frac{V_{or}}{V_o + V_d}\)，其中 \(V_d\) 为次级整流二极管的正向压降。 #### 四、求初级电感量Lp 1. **BCM（边界连续模式）下的电感量计算**: 初级电感量 \(L_p\) 的计算基于BCM模式，其计算公式为 \(L_p = \frac{V_{in\ min} T_{on\ max}}{I_{pp}}\)。进一步简化可得 \(L_p = \frac{V_{in\ min}^2 D_{max}^2}{2P_{in} f_s}\)，其中 \(P_{in}\) 为输入功率，\(f_s\) 为开关频率。 2. **CCM（连续电流模式）下的电感量计算**: 在CCM模式下，由于电流不会降至零，因此电流变化量 \(I_{pp\ ccm}\) 小于BCM模式下的 \(I_{pp\ bcm}\)。此时，电感量计算公式变为 \(L_p = \frac{V_{in\ min}^2 D_{max}^2}{2P_{in} f_s K}\)，其中 \(K\) 为介于0.4至0.8之间的系数，取决于输入电压范围。 #### 五、选择磁芯 选择合适的磁芯对于变压器的设计至关重要。磁芯的选择主要依据以下公式进行计算： \[A_p = A_wA_e = \frac{(P_t \times 10000)}{2\Delta B f J K_u}\] 其中，\(P_t\) 为传输功率，\(\Delta B\) 为磁通密度变化量，\(f\) 为工作频率，\(J\) 为电流密度，\(K_u\) 为绕组系数。这些参数的选择需要综合考虑变压器的实际应用环境。 #### 六、求最小初级匝数 最小初级匝数 \(N_p\) 的计算公式为 \(N_p = \frac{V_{in\ min} D_{max}}{f_s B_m A_e}\)，其中 \(B_m\) 为磁通密度，\(A_e\) 为有效截面积。 #### 七、初级、次级和反馈绕组匝数关系 1. **次级绕组匝数计算**: 根据匝比 \(n\) 可以得出次级绕组匝数 \(N_s = \frac{N_p}{n}\)。 2. **反馈绕组匝数计算**: 反馈绕组匝数 \(N_a\) 与次级绕组的匝数成比例，其计算公式为 \(N_a = \frac{N_p}{n \cdot n_a}\)，其中 \(n_a\) 为反馈绕组与次级绕组的匝比。 #### 八、选择线径，确定各绕组匝数 线径的选择需根据每平方毫米平均电流的大小来决定，一般建议每平方毫米传输4至6安培的电流。同时，需要综合考虑铜窗效应，以优化线径和匝数的选择。 #### 九、制作样品并调整参数 1. **样品制作**: 按照相关的技术规范和标准制作样品，确保符合市场法规要求，如温升、绝缘等级、安规测试等。 2. **电磁兼容性（EMC）**: 需要特别注意变压器的电磁兼容性设计，采用法拉第屏蔽等技术减少干扰。 #### 十、实例分析 以设计一款宽电压输入（85~265Vac）、输出为DC16.5V-0.35A的反激变压器为例，假设使用FSEZ1317芯片，其工作在DCM模式，工作频率为50kHz。通过上述步骤，可以计算出所需的各参数，并最终完成设计。 通过上述详尽的介绍和分析，我们可以清晰地了解到反激变压器的设计过程及其背后的理论基础。这不仅有助于工程师们更好地理解和掌握反激变压器的设计方法，也为相关领域的研究提供了有价值的参考。