反激式开关电源变压器设计 学习培训教材 AP法

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 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 ≈10 A/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))2 x10-3 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）xD2MAXxη x10-3 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= Np Ls (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 POUT DMAX IPRMS = x (A) (7) 0 1.7 计算初级绕组RMS电流IPRMS POUT DMAX IPRMS = x (A) (7) 0.5xDMAXxηxVIN(MIN) 3 1.8 计算次级绕组RMS电流ISRMS IOUT DMAX ISRMS = x (A) (8) 0.5xDMAX 3

2. 设计例 2. 1设计条件 VIN =36V-72V J =9. 8 A/mm2 VOUT=5. 1V VBIAS=11 2.设计例 2.1设计条件 VIN =36V-72V J =9.8 A/mm2 VOUT=5.1V VBIAS=11.7V IOUT=1.1A VD =0.7V fsw =262KHz η =0.8 BMAX=0.12T 2.2设计步骤 第一步：面积乘积Ap 1.1xPOUTxDMAXx103 1.1x(5.1x1.1)x0.5x103 Ap≥ = ηxKPxKTxKUxJxBMAXxfSW 0.8x0.5x0.4x0.55x9.8x0.12x262 =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 第二步：次级电感Ls (VoxVD)x(DOFF(MAX))2 x10-3 (5.1+0.7)x0.52 x10-3 Ls≥ = 2 IOUTxfSW 2x1.1x262 =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)xD2MAXxηx10-3 362x0.52 x0.8 x10-3 Lp≥ = 2xPOUTxfSW 2x(5.1x1.1)x262 = 0.000088(H)=88(uH)

第四步：初级匝数Np VIN(MIN)xDMAXx103 36x0. 5x103 Np = = = 45 第四步：初级匝数Np VIN(MIN)xDMAXx103 36x0.5x103 Np = = = 45.8=46(匝) AexBMAXxfSW 12.5x0.12x262 第五步: 次级匝数Ns Ns =Npx Ls=46x 2.5 =7.7=8(匝) Lp 88 第六步: 偏置匝数NBIAS VBIAS 11.7x8 NB = xNS = = 17.6=18(匝) VO+VD 5.1+0.2

第七步：初级RMS电流IPRMS POUT DMAX 5. 1x1. 1 0. 5 IPRMS = = = 第七步：初级RMS电流IPRMS POUT DMAX 5.1x1.1 0.5 IPRMS = = = . 0.5xDMAXxηxVIN(MIN) 3 0.5x0.5x0.8x36 3 =0.318(A) 第八步: 次级RMS电流ISRMS IOUT DMAX 1.1 0.5 ISRMS = . = . =1.796=1.8(A) 0.5xDMAX 3 0.5x0.5 3

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 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) f 262x103 初级线径 IPRMS 0.318 DN = 1.13 . = 1.13 . = 0.20 J 9.8 选用QA-1,∮0.2漆包线 次级线径 ISRMS 1.8 DS = 1.13 . = 1.13 . = 0.48 J 9.8 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： 6，7 9，10 1 2 3 4 5

3. 变压器绕组结构的设计 3. 2 变压器绕线结构为减小漏感，用夹绕法，结构如下： N4-5 ∮0. 2 /18Ts 0 3. 变压器绕组结构的设计 3.2 变压器绕线结构为减小漏感，用夹绕法，结构如下： N4-5 ∮0.2 /18Ts 0.06x7胶带2Ts N2-3 ∮0.2 /18Ts 0.06x7胶带1Ts N9,10-6,7 ∮0.2x6/8Ts 0.06x7胶带2Ts N1-2 ∮0.2 /28Ts 0.06x7胶带2Ts

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