开关电源的反激式变压器设计

1〕反激式变压器设计介绍

反激式电源变换器设计的关键因素之一 是变压器的设计。在此我们所说的变压器不是真正意义上的变压器,而更多的是一个能量存储装置。在变压器初级导通期间能量存储在磁芯的气隙中,关断期间存储的能量被传送给输出。初次级的电流不是同时流动的。因此它更多的被认为是一个带有次级绕组的电感。

反激电路的主要优势是成本,简单和容易得到多路输出。反激式拓扑对于100W以内的系统是实用和廉价的。大于100W的系统由于着重降低装置的电压和电流,其它诸如正激变换器方式就变得更有成效。

反激式变压器设计是一个反复的过程,因为与它的变量个数有关,但是它不是很困难,稍有经验就可快速和容易的处理。在变压器设计之前的重点是定义电源参数,诸如输入电压,输出功率,最小工作频率,最大占空比等。根据这些我们就可以计算出变压器参数,选择合适的磁芯。如果计算参数没有落在设计范围内,重复计算是必要的。利用网站上的EXCEL电子表格可以容易的处理这些步骤。

属于ISMPS ICIR40xx系列最初设计应用于准谐振方式,这意味变压器工作于不连续模式(磁场不连续,当变压器中的能量传递到次边后磁场反回到零)。在PRC模式中的变压器通常也工作于不连续状态,若工作于连续状态时工作频率设置的很低(约20KHZ时一般不实用,因为需要较大尺寸的磁芯)。因此本应用手册仅包含不连续设计的实例。2〕电源设计所需的标准

在开始变压器设计之前,根据电源的规范必须定义一些参数如下:

1〕最小工作频率-fmin

2〕预计电源效率-η≈0.85~0.9(高压输出 )0.75~0.85(低压输出)

3〕最小直流总线电压-Vmin110V时最小输入电压85Vac,可有10V抖动)

4〕最大占空比-Dm(建议最大值为0.5

5)串联谐振电容值-Cres

现在可以计算气隙的厚度了。气隙仅在磁芯的中间部分研磨,这样有助于防止磁芯边沿磁通泄漏对周围元件产生EMI噪声(然而对于发展中或小的产品用绝缘材料垫在磁芯外部获得所需气隙是可以接收的。但必须切记外部气隙是计算值的一半)。Ig最小是0.051mm,这是Alg的约束和研磨容许误差。 

注意此处计算的初级所用CMA(电流容量)要确保与初级和次级的电流容量相匹配。由所计算的CM值从导线规格表中选择合适的导线。若可能的话总是在相邻低点的AWG号(它是相邻较大导线规格)附近取值。次级导线规格大于26AWG时建议不使用单根导线,其原因在前面关于初级导线规格时已提及到,所以绕组就需要用小规格的导线或者绞合线(它通常是多股导线编织而成这种导线一般是定做,价格昂贵,但它使用效果好)并联使用。当使用并联导线时应确信全部CM值在前面计算值的10%之内。同法可计算出辅助绕组所需的导线规格。 

为了初、次级间有最强的耦合,次级绕组应充满整个骨架宽度。由于次级绕组通常只有很少的匝数,所以能通过绕组并联达到此目的。