反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù)，如占空比D，最大峰值電流，設(shè)計(jì)反激式變壓器，就是要讓反激式開關(guān)電源工作在一個(gè)合理的工作點(diǎn)上。這樣可以讓其的發(fā)熱盡量小，對(duì)器件的磨損也盡量小。同樣的芯片，同樣的磁芯，若是變壓器設(shè)計(jì)不合理，則整個(gè)開關(guān)電源的性能會(huì)有很大下降，如損耗會(huì)加大，最大輸出功率也會(huì)有下降，下面我系統(tǒng)的說一下我算變壓器的方法。
算變壓器，就是要先選定一個(gè)工作點(diǎn)，在這個(gè)工作點(diǎn)上算，這個(gè)是最苛刻的一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是最低的交流輸入電壓，對(duì)應(yīng)于最大的輸出功率。下面我就來(lái)算了一個(gè)輸入85V到265V，輸出5V，2A 的電源，開關(guān)頻率是100KHZ。
第一步就是選定原邊感應(yīng)電壓VOR，這個(gè)值是由自己來(lái)設(shè)定的，這個(gè)值就決定了電源的占空比。可能朋友們不理解什么是原邊感應(yīng)電壓，是 這樣的，這要從下面看起，慢慢的來(lái)，
這是一個(gè)典型的單端反激式開關(guān)電源，大家再熟悉不過了，來(lái)分析一下一個(gè)工作周期，當(dāng)開關(guān)管開通的時(shí)候，原邊相當(dāng)于一個(gè)電感，電感兩端加上電壓，其電流值不會(huì)突變，而線性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L，這三項(xiàng)分別是原邊輸入電壓，開關(guān)開通時(shí)間，和原邊電感量．在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，原邊電感放電，電感電流又會(huì)下降，同樣要尊守上面的公式定律，此時(shí)有下降了的Ｉ=VOR*toff/L，這三項(xiàng)分別是原邊感應(yīng)電壓，即放電電壓，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間，和電感量．在經(jīng)過一個(gè)周期后，原邊電感電流的值會(huì)回到原來(lái)，不可能會(huì)變，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L，，上升了的，等于下降了的，懂嗎，好懂吧，上式中可以用Ｄ來(lái)代替ＴＯＮ，用１－Ｄ來(lái)代替ＴO(shè)OF，移項(xiàng)可得，D=VOR/（VOR+VS）。此即是最大占空比了。比如說我設(shè)計(jì)的這個(gè)，我選定感應(yīng)電壓為80V，VS為90V ，則D=80/（*80+90）=0.47
第二步，確實(shí)原邊電流波形的參數(shù)。
原邊電流波形有三個(gè)參數(shù)，平均電流，有效值電流，峰值電流。，首先要知道原邊電流的波形，原邊電流的波形如下圖所示，畫的不好，但不要笑啊。這是一個(gè)梯形波橫向表示時(shí)間，縱向表示電流大小，這個(gè)波形有三個(gè)值，一是平均值，二是有效值，三是其峰值，平均值就是把這個(gè)波形的面積再除以其時(shí)間。如下面那一條橫線所示，首先要確定這個(gè)值，這個(gè)值是這樣算的，電流平均值=輸出功率/效率*VS，因?yàn)檩敵龉β食艘孕示褪禽斎牍β剩缓筝斎牍β试俪暂斎腚妷壕褪禽斎腚娏鳎@個(gè)就是平均值電流。現(xiàn)在下一步就是求那個(gè)電流峰值，尖峰值是多少呢，這個(gè)我們自己還要設(shè)定一個(gè)參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是KRP，所謂KRP，就是指最大脈動(dòng)電流和峰值電流的比值這個(gè)比值下圖分別是最大脈動(dòng)電流和峰值電流。是在0和1之間的。這個(gè)值很重要。已知了KRP，現(xiàn)在要解方程了，都會(huì)解方程吧，這是初一的應(yīng)用題啊，我來(lái)解一下，已知這個(gè)波形一個(gè)周期的面積等于電流平均值*1，這個(gè)波形的面積等于，峰值電流*KRP*D+峰值電流*（1-KRP）*D，所以有電流平均值等于上式，解出來(lái)峰值電流=電流平均值/（1-0.5KRP）*D。比如說我這個(gè)輸出是10W，設(shè)定效率是0.8.則輸入的平均電流就是10/0.8*90=0.138A，我設(shè)定KRP的值是0.6而最大值=0.138/（1-0.5KRP）.D=0.138/（1-0.5*0.6）*0.47=0.419A.
三個(gè)電流參數(shù)，就是這個(gè)電流的有效值，電流有效值和平均值是不一樣的，有效值的定義還記得嗎，就是說把這個(gè)電流加在一個(gè)電阻上，若是其發(fā)熱和另處一個(gè)直流電流加在這個(gè)電阻上發(fā)熱效果一樣的話，那么這個(gè)電流的有效值就等于這個(gè)直流的電流值。所以這個(gè)電流的有效值不等于其平均值，一般比其平均值要大。而且同樣的平均值，可以對(duì)應(yīng)很多個(gè)有效值，若是把KRP的值選得越大，有效值就會(huì)越大，有效值還和占空比D也有關(guān)系，總之。它這個(gè)電流波形的形狀是息息相關(guān)的。我就直接給出有效值的電流公式，這個(gè)公式要用積分才能推得出來(lái)，我就不推了，只要大家區(qū)分開來(lái)有效值和平均值就可以了。
電流有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*（KRP的平方/3-KRP+1）如我現(xiàn)在這個(gè)，電流有效值=0.419*根號(hào)下0.47*（0.36/3-0.6+1）=0.20A.所以對(duì)應(yīng)于相同的功率，也就是有相同的輸入電流時(shí)，其有效值和這些參數(shù)是有關(guān)的，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù)，使有效值最小，發(fā)熱也就最小，損耗小。這便優(yōu)化了設(shè)計(jì)。
第三步，開始設(shè)計(jì)變壓器準(zhǔn)備工作。已知了開關(guān)頻率是100KHZ則開關(guān)周期就是10微秒了，占空比是0.47.那么TON就是4.7微秒了。記好這兩個(gè)數(shù)，對(duì)下面有用。
第四步，選定變壓器磁芯，這個(gè)就是憑經(jīng)驗(yàn)了，如果你不會(huì)選，就估一個(gè)，計(jì)算就行了，若是不行，可以再換一個(gè)大一點(diǎn)的或是小一點(diǎn)的，不過有的資料上有如何根據(jù)功率去選磁芯的公式或是區(qū)線圖，大家不妨也可以參考一下。我一般是憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)的。
第五步，計(jì)算變壓器的原邊匝數(shù)，原邊使用的經(jīng)徑。計(jì)算原邊匝數(shù)的時(shí)候，要選定一個(gè)磁芯的振幅B，即這個(gè)磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化區(qū)間，因?yàn)榧由戏讲妷汉螅@個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是變化的，正是因?yàn)樽兓云洳庞辛俗儔旱淖饔茫琋P=VS*TON/SJ*B，這幾個(gè)參數(shù)分別是原邊匝數(shù)，，最小輸入電壓，導(dǎo)通時(shí)間，磁芯的橫節(jié)面積和磁芯振幅，一般取B的值是0.1到0.2之間，取得越小，變壓器的鐵損就越小，但相應(yīng)變壓器的體積會(huì)大些。這個(gè)公式來(lái)源于法拉弟電磁感應(yīng)定律，這個(gè)定律是說，在一個(gè)鐵心中，當(dāng)磁通變化的時(shí)候，其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，這個(gè)感應(yīng)電壓=磁通的變化量/時(shí)間T再乘以匝數(shù)比，把磁通變化量換成磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量乘以其面積就可以推出上式來(lái)，簡(jiǎn)單吧。我的這個(gè)NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15，得到88匝0.15是我選取的了值。算了匝數(shù)，再確定線徑，一般來(lái)說電流越大，線越熱，所以需要的導(dǎo)線就越粗，，需要的線徑由有效值來(lái)確定，而不是平均值。上面已經(jīng)算得了有效值，所以就來(lái)選線，我用0.25的線就可以了，用0.25的線，其面積是0.049平方毫米，電流是0.2安，所以其電流密度是4.08，可以，一般選定電流密度是4到10安第平方毫米。記住這一點(diǎn)，這很重要。若是電流很大，最好采用兩股或是兩股以上的線并繞，因?yàn)楦哳l電流有趨效應(yīng)，這樣可以比較好。
第六步，確定次級(jí)繞組的參數(shù)，圈數(shù)和線徑。記得原邊感應(yīng)電壓吧，這就是一個(gè)放電電壓，原邊就是以這個(gè)電壓放電給副邊的，看上邊的圖，因?yàn)楦边呡敵鲭娞珵?V，加上肖特基管的壓降，就有5.6V，原邊以80V的電壓放電，副邊以5.6V的電壓放電，那么匝數(shù)是多少呢，當(dāng)然其遵守變壓器那個(gè)匝數(shù)和電壓成正比的規(guī)律啦。所以副邊電壓=NS*（UO+UF）/VOR，其中UF為肖特基管壓降。如我這個(gè)副邊匝數(shù)等于88*5.6/80，得6.16，整取6匝。再算副邊的線徑，當(dāng)然也就要算出副邊的有效值電流啦，副邊電流的波形會(huì)畫嗎，我畫給大家看一下吧畫的不太對(duì)稱，沒關(guān)系，只要知道這個(gè)意思，就可以了。有突起的時(shí)間是1-D，沒有突起的是D，剛好和原邊相反，但其KRP 的值和原邊相同的這下知道了這個(gè)波形的有效值是怎么算的了吧，哦，再提醒一句，這個(gè)峰值電流就是原邊峰值電流乘以其匝數(shù)比，要比原邊峰值電流大數(shù)倍哦。
第七步確定反饋繞組的參數(shù)，反饋是反激的電壓，其電壓是取自輸出級(jí)的，所以反饋電壓是穩(wěn)定的，TOP 的電源電壓是5.7到9V，繞上7匝，那么其電壓大概是6V多，這就可以了，記得，反饋電壓是反激的，其匝數(shù)比要和幅邊對(duì)應(yīng)，懂什么意思嗎，至于線，因?yàn)榱鬟^其的電流很小，所以就用繞原邊的線繞就可以了，無(wú)嚴(yán)格的要求。
第八步，確定電感量。記得原邊的電流上升公式嗎I=VS*TON/L.因?yàn)槟阋呀?jīng)從上面畫出了原邊電流的波形，這個(gè)I就是：峰值電流*KRP，所以L=VS.TON/峰值電流*KRP，知道了嗎，從此就確定了原邊電感的值。
第九步，驗(yàn)證設(shè)計(jì)，即驗(yàn)證一下最大磁感應(yīng)強(qiáng)度是不是超過了磁芯的允許值，有BMAX=L*IP/SJ*NP.這個(gè)五個(gè)參數(shù)分別表示磁通最大值，原邊電感量，峰值電流，原邊匝數(shù)，這個(gè)公式是從電感量L的概念公式推過來(lái)的，因?yàn)長(zhǎng)=磁鏈/流過電感線圈的電流，磁鏈等于磁通乘以其匝數(shù)，而磁通就是磁感應(yīng)強(qiáng)度乘以其截面積，分別代入到上面，即當(dāng)原邊線圈流過峰值電流時(shí)，此時(shí)磁芯達(dá)到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，這個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度就用以上公式計(jì)算.BMAX的值一般一要超過0.3T ，若是好的磁芯，可以大一些，若是超過了這個(gè)值，就可以增加原邊匝數(shù)，或是換大的磁芯來(lái)調(diào)。
總結(jié)一下：
設(shè)計(jì)高頻變壓器，有幾個(gè)參數(shù)要自己設(shè)定，這幾個(gè)參數(shù)就決定了開關(guān)電源的工作方式，第一是要設(shè)定最大占空比D，這個(gè)占空比是由你自己設(shè)定的感應(yīng)電壓VOR來(lái)確定的，再就是設(shè)定原邊電流的波形，確定KRP的值，設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，還要設(shè)定其磁芯振幅B，這又是一個(gè)設(shè)定，所有這些設(shè)定，就讓這個(gè)開關(guān)電源工作在你設(shè)定的方式之下了。要不斷的調(diào)整，工作在一個(gè)對(duì)你來(lái)說最好的狀態(tài)之下，這就是高頻變壓器的設(shè)計(jì)任務(wù)。總結(jié)一
公式D=VOR/（VOR+VS ） （1）
IAVE=P/效率*VS （2）
IP=IAVE/（1-0.5KRP）*D （3）
I有效值=電流峰值*根號(hào)下的D*（KRP的平方/3-KRP+1） （4）
NP=VS*TON/SJ*B （5）
NS=NP*（VO+VF）/VOR （6）
L=VS.TON/IP.KRP （7）
BMAX=L*IP/SJ.NP （8）
不過總的來(lái)說，高頻變壓器是一個(gè)比較復(fù)雜的東西，我短短的篇幅在此也不足以說明。可能有些地方我說的不太清楚，大家就自己揣摩了。學(xué)的時(shí)候注意各個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系，因?yàn)楸緛?lái)這個(gè)東西就是一個(gè)整體，多分析，多思考，想來(lái)大家就會(huì)精通。