用于單片集成開關IC開關電源的反激式變壓器設計(一)

作者：時間：2012-11-06 來源：網絡

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本文引用地址：http://www.j9360.com/article/176013.htm

反激式電源變換器設計的關鍵因素之一是變壓器的設計。在此我們所說的變壓器不是真正意義上的變壓器，而更多的是一個能量存儲裝置。在變壓器初級導通期間能量存儲在磁芯的氣隙中，關斷期間存儲的能量被傳送給輸出。初次級的電流不是同時流動的。因此它更多的被認為是一個帶有次級繞組的電感。

反激電路的主要優勢是成本，簡單和容易得到多路輸出。反激式拓撲對于100W以內的系統是實用和廉價的。大于100W的系統由于著重降低裝置的電壓和電流，其它諸如正激變換器方式就變得更有成效。

反激式變壓器設計是一個反復的過程，因為與它的變量個數有關，但是它不是很困難，稍有經驗就可快速和容易的處理。在變壓器設計之前的重點是定義電源參數，諸如輸入電壓，輸出功率，最小工作頻率，最大占空比等。根據這些我們就可以計算出變壓器參數，選擇合適的磁芯。如果計算參數沒有落在設計范圍內，重復計算是必要的。利用網站上的EXCEL電子表格可以容易的處理這些步驟。

屬于ISMPS IC的IR40xx系列最初設計應用于準諧振方式，這意味變壓器工作于不連續模式(磁場不連續，當變壓器中的能量傳遞到次邊后磁場反回到零)。在PRC模式中的變壓器通常也工作于不連續狀態，若工作于連續狀態時工作頻率設置的很低(約20KHZ時一般不實用，因為需要較大尺寸的磁芯)。因此本應用手冊僅包含不連續設計的實例。

2〕電源設計所需的標準

在開始變壓器設計之前，根據電源的規范必須定義一些參數如下：

1〕最小工作頻率-fmin

2〕預計電源效率-η≈0.85~0.9(高壓輸出)，0.75~0.85(低壓輸出)

3〕最小直流總線電壓-Vmin如110V時最小輸入電壓85Vac，可有10V抖動)

4〕最大占空比-Dm(建議最大值為0.5)

5)串聯諧振電容值-Cres〔建議取值范圍為100pf~1.5nf，見圖1〕

3〕變壓器設計步驟

首先計算總輸出功率，它包括所有次級輸出功率，輔助輸出功率和輸出二極管的壓降。通常主要輸出電流若大于1A使用肖特基二極管，小于1A使用快恢復二極管，當小電流輸出時輔助繞組可用1N4148整流(建議輔助電壓為18V，電流為30mA)

輸出功率(Po)計算的是總的輸出功率。

根據Po變壓器的初級電感可由下式計算出。

圖1 IR40xx系列反激電路典型應用

下一步是計算初級，次級和輔助繞組的變比。下式給出初級(Np)和次級(Ns)變比的計算公式：

此處Vo是次級輸出電壓，VD是次級輸出整流管的正向壓降。一個好的方法是先計算次級每

伏的匝數，依此可計算出初級的匝數。輔助繞組的匝數NB可依下式算出。

對于多路輸出電源需要反復計算找出最佳變比，需要對輸出電壓采取一些折中以確保匝數為整數，沒有半匝。

現在就可計算出帶氣隙磁芯的有效電感。這需要從磁芯生產商處獲得所需有氣隙磁芯的Alg值

或者使用標準磁芯通過研磨中間段得到所需的Alg值它也可以用下式由初級電感Lp(μH)和初級匝數Np計算出。

初級平均電流Iav可由假定效率η，所需總輸出功率Po及最小直流總線電壓Vmin算出。

所需初級峰值電流Ip可由下式算出

圖2給出不連續模式初級電流波形。可以看出在t1導通期間有一斜坡電流，其上升斜率受直流總線電壓和初級電感Lp控制，最終達到剛才所計算的峰值電流值Ip。在t2關斷期間初級無電流流過。在I=Ip處出現峰值磁通。由于IR40xx是自準諧振電路，t1與t2的轉換依賴于輸出負載和輸入電壓。計算時我們可采用變壓器最壞情況下的最低頻率，最低直流總線電壓和最大負載。