反激式开关电源变压器相关设计

反激式开关电源变压器相关设计本设计为小功率非连续工作模式的反激开关电源变压器的一种设计方法，在选用类似MAx5021芯片时，变压器很容易获得15W的输出功率。

1.设计公式

1.1计算面积乘积值Ap

1.1xPOUTxDMAXx103

Ap≥(mm4)(1)

ηxKPxKTxKUxJxBMAXxfSW

式中：AP-----磁芯面积乘积Ap=Aw.Ae(mm4)

POUT----变压器输出功率（W）

DMAX----最大导通占空比（通常为0.5)

η------变压器预期的效率

KP------分配给初级绕组的面积（通常为0.5）

KT------初级RMS（等效串联电阻）电流和平均电流之比，

非连续反激模式KT≈0.55～0.65

KU------窗口填充系数(一般取0.4)

J

-------电流密度(一般取3≈10A/mm2

）

BMAX-----最大工作磁通密度(反激式一般取0.12T～

0.15T)

fSW------开关工作频度（KHz)

1.2计算次级电感Ls

(VO+VD)x(DOFF(MAX))2x10-3

Ls≥(H)(2)

2xIOUTxfSW

式中：VO-----次级输出电压(V)

VD-----次级整流二极管正向压降（V）

DOFF(MAX)–最大截止占空比

IOUT

----次级输出电流（A）

1.3计算初级电感LP

V2IN（MIN）xD2MAXxηx10-3

LP≥(H)(3)

2xPOUTxfSW

式中：VIN（MIN）--初级输入最低电压(V)

1.4计算初级绕组匝数Np

VIN(MIN)

xDMAXx103

Np=(匝)(4)

AexBMAXxfSW

式中：Ae----磁芯有效截面积(mm2)

1.5计算次级绕组匝数Ns

Ns=NpLs(匝)(5)

Lp

1.6计算偏置绕组匝数NBIAS

VBIAS

NBIAS=NS(6)

Vo+VD

式中：VDB----偏置绕绕组整流二极管正向压降(V)1.7计算初级绕组RMS电流IPRMS

POUTDMAX

IPRMS=x(A)(7)

0.5xDMAXxηxVIN(MIN)3

1.8计算次级绕组RMS电流ISRMS

IOUTDMAX

ISRMS=x(A)(8)

0.5xDMAX

3

2.设计例2.1设计条件

VIN=36V-72VJ=9.8A/mm2

VOUT=5.1VVBIAS=11.7V

IOUT=1.1AVD=0.7V

fsw=262KHzη=0.8

BMAX=0.12T

2.2设计步骤

第一步：面积乘积Ap

1.1xPOUTxDMAXx1031.1x(5.1x1.1)x0.5x103

Ap≥=

ηxKPxKTxKUxJxBMAXxfSW0.8x0.5x0.4x0.55x9.8x0.12x262

=113mm4

选取TDK-PC44-EPC13-Z其中

Aw=14.5mm2

Ae=12.5mm2

第二步：次级电感Ls

(VoxVD)x(DOFF(MAX))2

x10-3(5.1+0.7)x0.52

x10-3

Ls≥=

2IOUTxfSW2x1.1x262

=0.0000025(H)=2.5(uH)

其中

DOFF(MAX)=1-DMAX=1-0.5=0.5

VD取0.7V

第三步:初级电感Lp

VIN(MIN)xD2MAXxηx10-3362x0.52

x0.8x10-3

Lp≥=

2xPOUTxfSW2x(5.1x1.1)x262

=0.000088(H)=88(uH)第四步：初级匝数Np

VIN(MIN)xDMAXx103

36x0.5x103

Np===45.8=46(匝)

AexBMAXxfSW12.5x0.12x262

第五步:次级匝数Ns

Ns=Npx

Ls=46x2.5=7.7=8(匝)

Lp88

第六步:偏置匝数NBIAS

VBIAS11.7x8

NB=xNS==17.6=18(匝)

VO+VD5.1+0.2第七步：初级RMS电流IPRMS

POUTDMAX5.1x1.10.5

IPRMS===.

0.5xDMAXxηxVIN(MIN)30.5x0.5x0.8x363

=0.318(A)

第八步:次级RMS电流ISRMS

IOUTDMAX1.10.5

ISRMS=.=.=1.796=1.8(A)

0.5xDMAX30.5x0.53

第九步：计算趋肤深度S和选取绕组线径

66.1

66.1

S===0.129=0.13(mm)

f262x103

初级线径

IPRMS0.318

DN=1.13.=1.13.=0.20

J9.8

选用QA-1,∮0.2漆包线

次级线径

ISRMS1.8

DS=1.13.=1.13.=0.48

J9.8

考虑趋肤深度选取QA-1，∮0.2x6多股漆包线

偏制绕组由于电流约10mA，选用QA-1,∮0.2漆包线3.变压器绕组结构的设计

3.1变压器线路图如下：123456，79，103.变压器绕组结构的设计

3.2变压器绕线结