反激式变压器的设计.doc

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1、反激式变压器的设计   反激式变压器的工作与正激式变压器不同。正激式变压器两边的绕组是同时流过电流的，而反激式变压器先是通过一次绕组把能量存储在磁心材料中，一次侧关断后再把能量传到二次回路。因此，典型的变压器阻抗折算和一次、二次绕组匝数比关系不能在这里直接使用。这里的主要物理量是电压、时间、能量。   在进行设计时，在黑箱估计阶段，应先估计出电流的峰值。磁心尺寸和磁心材料也要选好。这时，为了变压器能可靠工作，就需要有气隙。   刚开始，在开关管导通时把一次绕组看作是一个电感器件，并满足式(24)。    (24)把Lpri移到左边，用Ton=Dmax/f代到上式中，用已知的电源工作参数，通过式

2、(25)就可以算出一次最大电感——最大占空比(通常为50％或0.5)。 (25)   这个电感值是在输入最小工作电压时，电源输出仍能达到额定输出电压所允许选择的最大电感值。   在开关管导通的每个周期中，存储在磁心的能量为：  (26)要验证变压器最续输出的功率能否满足负载所需的最大功率，可以使用下式：(27)   所有磁心工作在单象限的场合，都要加气隙。气隙的长度(cm)可以用下式近似(CGS制(美国))：     （28a）式中Ac——有效磁心面积，单位为；   Bmax——最大磁通密度，单位为G(Wb／cm)。   在MKS系统(欧洲)中气隙的长度(m)为            (28b

3、)式中Ac——有效磁心面积，单位为；   Bmax——最大磁通密度，单位为T(Wb／m)。   这只是估算的气隙长度，设计者应该选择具有最接近气隙长度的标准磁心型号。   磁心制造厂商为气隙长度提供了一个AL的参数。这参数是电感磁心绕上1000匝后的数据(美国)。根据设计好的电感值，绕线的匝数可以用式(29)计算确定。         (29)式中Lpri——一次电感量，单位为mH。   如果有些特殊的带有气隙的磁心材料没有提供AL。的值，可以使用式(30)。注意不要混淆CGS和MKS两种单位制(G和cm与T和m)。                                      (

4、30)      现在就用式(3-31)来确定输出最大功率时的二次绕组匝数。                   (31)式中Dmax——最大占空比(通常为50％)。   式(31)算出来的结果应该看作是最大的匝数，因为匝数越多的话，二次电感量也越大，因此把磁心的能量释放完需要更长的时间。这样算出来的结果往往不是整数，而很多磁心是不支持带小数的匝数，这就要在磁心允许的围选取最接近这个小数的整数。   确定其余输出绕组的匝数，可以用设计正激式变压器的方法[见式(22)]。同样，如果输出的电压值与理想的输出电压值的误差超标的话，也需要进行反复设计。先把原来的二次绕组匝数拿掉一匝，重新计算输出电压(

5、包括整流桥的正向压降)。最终，输出电压总是会有些误差存在的。  (22)    式中 Vout(n)——另外的输出电压；      VD——预计的输出整流器的正向压降。   现在要考虑二次绕组的安排了。设计者可能会选用自耦变压器式的二次绕组(也就是低压绕组的绕线是共用的)或隔离式二次绕组。由于反激式的二次侧是半波整流的，所以非中间抽头的绕组或全波整流桥是不能用的(见图19)。一旦要设计的二次绕组的绕法确定后，就要检查磁心的窗口面积是否能装下这个绕组。这同样也可以按式(23)来检验。        (23)式中，k取1.2～1.4之间的值，这是考虑到绕组余量和绝缘层的缘故。           

6、                                            图19    在反激式变换器中，变压器的物理结构设计也是比较苛刻的。如果设计不当，会产生电压尖峰，这会影响半导体器件的可靠工作(见本文-基极和栅极的驱动变压器)。正激式滤波扼流圈的设计   正激式滤波扼流圈就是正激式变压器的每个输出端上的滤波电感。它的目的是当开关管关断时，为负载存储能量。电气上的作用就是把开关方波脉冲积分成直流电压。   滤波电感的设计比较简单。首先要选好磁心。通常这种场合用钼镍铁合金(mopermalloy)磁环，这是因为这种材料本身部有气隙。当然用有气隙的铁氧体磁心也是可以的。如果要用

7、有气隙的铁磁心，请参照本文-升压式变换器单匝绕组电感的磁心尺寸设计方法进行设计。下面就是采用钼镍铁合金磁环进行滤波电感设计的步骤。   首先用式(32)确定输出所需的最小电感         (32) 式中 Vin(max)——对应的输出端上整流器后的最高峰值电压；       Vout ——输出电压；         Ton(est) ——估计的最大输入电压下，开关管导通时间(1/fop的30％