手搓反激电源 | 五、反激高频变压器的设计与计算

先上干货，变压器设计规格书

千里之行,积于跬步,万里之船,成于罗盘 A journey of thousands of miles accumulates in steps, and the ship of thousands of miles becomes a compass

反激式变换操作

    反激式变换器的基本组成元件与大多数其他开关变换器拓扑相同，唯一的不同是它采用了耦合电感器，它将变换器的输入与输出隔离（见图 1）。
    反激式变换器有两个信号半周期： tON and tOFF,它们以MOSFET的开关状态命名并受其控制。 在tON期间，MOSFET处于导通状态，电流从输入端流经原边电感器并对耦合电感器进行线性充电。在tOFF期间, MOSFET处于关断状态，耦合电感器开始通过二极管去磁。来自电感器的电流为输出电容器充电并为负载供电。

反激式变换器设计及组件选型

    设计一个反激式变换器需要做出许多重要的设计决策与权衡。下面我们将介绍一个简单的反激式变换器设计过程中的每个步骤。图2显示了我们将遵循的设计流程。


    非连续导通模式 (DCM)具有较高的稳定性和效率，我们为此应用选择了该模式。这意味着该解决方案的纹波系数为1。 其最大占空比固定为50%，以最大限度地减少应力并均衡利用MOSFET和二极管。开关频率则选择为160kHz。 为使计算更加实际，变换器的估算效率也被定义。尽管该估值相对较低（约80%），但却是低功率反激式变换器的常见效率值。 根据所有这些输入，设计人员必须选择满足所有初始要求的控制器IC。本例采用了MPS的MP6004。MP6004是一款仅支持DCM模式的反激式控制器。它还提供原边调节功能，可减少外部组件的数量。
关于DCM和CCM的区别，优缺点我会再下一篇中做说明。

VD为副边整流二极管的管压降0.7V，输出电压低用肖特基，输出电压高用快恢复。这里主要看二极管的反向耐压，肖特基耐压大多数<200V,输出二极管反向**耐压<200V则选用肖特基**，如果>200V选择快恢复。二极管的电流选型，按照输出电流的3-5倍余量选取。 快恢复二极管有较高的耐压承受能力，适合更广泛的电压范围，缺点是反向恢复时间较长，在高频应用中产生比较大的开关损耗，降低效率。 高频+高效率 + <200V = 肖特基二极管 承受高耐压 = 快恢复二极管

PO 输出功率 = 输出电压Vout x 输出电流 Iout = 12V*1A = 12W
Lp原边电感值 ≈ 53μH
nS1匝数比 = NP原边匝数 / NS副边匝数 ≈ 2.5


PIN = PO输出功率 / ŋ效率 = (12V x 1A) / 80%

求AP

其中：DCM模式BMAX取0.2-0.26T。CCM模式BMAX取0.12-0.18T。

上图是0.77A的推导公式。

绕线

变压器设计与计算的目的？

1合理原副边变比，原边匝数，副边匝数，可以控制输出的电压范围。
2要保证磁芯不饱和！如果变压器磁芯饱和，变压器相当于短路，变压器无法起到变压的作用了，保险丝将烧掉。那么磁芯应该大多少最合适？
3绕组不能过热，线选细了线阻较大，绕线会过热。线选粗了，磁芯可能绕不下。
4气隙设计。

总结：变压器设计要解决4个问题：

1选用什么规格的磁芯？这是设计变压器的最难的地方。
2变压器原副边绕组匝数？
3使用什么线绕制？
4气隙设计。留有气隙主要原因是留有磁阻，防止磁路饱和。

参考资料
https://www.monolithicpower.cn/how-to-design-a-flyback-converter-in-seven-steps