90%效率反激电源深究—变压器设计

　　在电源的学习当中，实践永远比死记硬背书本知识来的重要。尤其对于新手来说，能有一名经验丰富的人来指导自己的学习是再好不过的了，本系列文章就为大家整理了一位电源达人的反激电源设计经验，从头到尾进行细致的讲解，希望能为大家提供一些帮助。

　　在上一篇文章当中，主要对磁滞回线进行了详解，这是本系列文章最为重要的部分。接下来将主要介绍变压器设计的部分。

　　图1

　　如图1所示，打开PExprt，输入我们要设计的参数，先看看情况。然后调整好砸比和纹波率，看下CCM模式次级电流峰值。

　　根据上面对算出来的变压器来看，0.5厚度的铜带都需要9层，这个变压器铜损才能确保在一个低损耗状态，整个变压器工艺难度太高，然后120A的峰值输出对次级肖特基也是残酷的考验。所以，单个变压器的方案在这个阶段已经反映出来实行难度很高了，现在判定初期阶段的方案失效，要实现这个参数，就要开始修改方案。

　　赠新手一句话：按照你认为正确的方法开始一个项目(实际上正不正确不重要)，勇敢的踏出第一步，后面自然就会呈现出问题，就水到渠成的把项目做出来了，虽然其中有很多波折。

　　现在目前准备用两种方案同步设计下：

　　1、双端反激式，每个变压器输出20A，同步整流。

　　2、双端反激式，每端初级串联，次级独立输出各10A，这个方法要评估初级串联的平衡性，肖特基输出。

　　下面放出两种方案的原理图。

　　先来看第一个方案的简易原理图，这样便于在saber中仿真评估。

　　上面主要说的是磁芯的迟滞回线，以及方案失效原因，修改方案，现在另起新楼，开始来说说这个5V40A的变压器。

　　首先这个产品就是要选定一个合适的频率，频率越高，磁芯就可以选的越小，输出电容和电感也可以做小。但是随之而来的EMC问题，开关损耗等又不得不考虑。所以从90年代开始，主流开关电源都停留在几十K的频率范围，现在电源都在拼效率、寿命、功能、成本等。

　　既然要选频率，就得说说频率影响了电源中的什么：依然按照焦耳算法来解释。

　　在不考虑损耗的情况下做理论分析：

　　一个电源的功率W，推算出没微秒需要的传递的功率为uJ，200W的就200uJ。

　　对于不同频率的变压器，周期T，电感量L不同。每微秒传递的平均功率相同，占空比也设为100%相同。对于变压器传递的功率=1/2UIt。

　　现在建立一个几何图形：

　　因变压器uJ=1/2UIt(1/2表达了能量是一个线性斜率增长)I=2uJ/Ut从这里可以看出来当斜率线性增长的时候电压不变，I是平均量的两倍。所以=2I(几何面积公式依然可以得的出来)。

　　为了简化分析，假设占空比100%(实际电源稳态不会出现，省去占空比换算)则看出斜率如下图。

　　从上图可以看出，频率越低，电流斜率越小。

　　从前一节仿真磁芯已经得出，斜率越陡峭，剩磁越高，实际上肌肤效应也是如此。但是这里指考虑到电流，不同频率下的变压器烧制匝数不一样，匝数一样的气隙就不一样。

　　根据这个公式，频率越低的需要存储的能量越多，频率较低的变压器要么加大气隙，要么改变匝数N，当改变匝数N的时候引起安匝数变化，就引起磁通量变化而需要更大的磁芯。

　　关于频率变化引起的变化总结出两点：

　　1、电流斜率不同，频率低的斜率小，迟滞回线窄。

　　2、单次存储能量不同，频率低的需要存储更多能量，需要更大的磁芯。

　　这一节主要对变压器的设计进行了详细的分析，完成了较为重要的部分。希望大家能够从这篇至关重要的文章当中吸收到书本中学习不到的知识。在下一节当中，将对MOS、肖特基、电解电容等于变压器结合起来进行介绍。

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