反激式开关电源变压器是这么计算的

反激变换器的重要参数通常是由反激式变压器决定的，同时它也是反激开关电源的核心部分。设计反激式变压器时，让 反激式开关电源工作在一个合理的工作点上尤为重要，原因在于，这样不仅可以让其发热尽量减小，而且对器件的磨损也会相应减小。也就是说，在芯片和磁芯等同 的情况下，变压器如果设计不合理，则会导致整个开关电源的性能出现大幅度下降，比如如损耗的增加和最大输出功率的下降，那么，本文就将对如何计算出最合理的反激式变压器其方法进行详解。

计算变压器的最初，就要先选定一个工作点，这个点也就是最低的交流输入电压，对应于最大的输出功率。

输入85V到265V、输出5V、2A 的电源、开关频率是100KHZ：

第一步，选定原边感应电压VOR，这个值是由自己来设定的，这个值就决定了电源的占空比。可能朋友们不理 解什么是原边感应电压，原边感应电压其实是一个典型的单端反激式开关电源，其工作周期可以理解为，当开关管开通的时候，原边相当于一个电感，电感两端加上 电压，其电流值不会突变，而线性的上升，有公式上升了的I=Vs*ton/L，这三项分别是原边输入电压、开关开通时间和原边电感量。在开关管关断的时 候，原边电感放电，电感电流又会下降，同样要尊守上面的公式定律，此时有下降了的I=VOR*toff/L，这三项分别是原边感应电压（放电电压）、开关 管关断时间和电感量。在经过一个周期后，原边电感电流的值会回到原来，不可能会变，所以，有VS*TON/L=VOR*TOFF/L,，上升了的等于下降 了的，上式中可以用D来代替TON，用1-D来代替TOOF，移项可得，D=VOR/(VOR+VS)。此即是最大占空比了。本文选定感应电压为80V、 VS为90V ，则D=80/(*80+90)=0.47

第二步，确定原边电流波形的参数

原 边电流波形有三个参数：平均电流、有效值电流、峰值电流。首先要知道原边电流的波形，原边电流的波形如下图所示，这是一个梯形波横向表示时间，纵向表示电 流大小，这个波形有三个值：一是平均值；二是有效值；三是其峰值，平均值就是把这个波形的面积再除以其时间，如下面那一条横线所示。首先要确定这个值，这 个值是这样算的，电流平均值=输出功率/效率*VS，因为输出功率乘以效率就是输入功率，然后输入功率再除以输入电压就是输入电流，这个就是平均值电流。 现在下一步就是求那个电流峰值，尖峰值是多少呢，这个我们自己还要设定一个参数，这个参数就是KRP，所谓KRP，就是指最大脉动电流和峰值电流的比值这 个比值下图分别是最大脉动电流和峰值电流。是在0和1之间的。这个值很重要。已知了KRP，现在要解方程了，已知这个波形一个周期的面积等于电流平均 值*1，这个波形的面积等于，峰值电流*KRP*D+峰值电流*(1- KRP)*D，所以有电流平均值等于上式，解出来峰值电流=电流平均值/(1-0.5KRP)*D。比如说我这个输出是10W，设定效率是0.8.则输入 的平均电流就是10/0.8*90=0.138A，我设定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 个电流参数，就是这个电流的有效值，电流有效值和平均值是不一样的，有效值的定义就是把这个电流加在一个电阻上，若是其发热和另处一个直流电流加在这个电 阻上发热效果一样，那么这个电流的有效值就等于这个直流的电流值，所以这个电流的有效值不等于其平均值，一般比其平均值要大，而且同样的平均值，可以对应 很多个有效值；若是把KRP的值选得越大，有效值就会越大，有效值还和占空比D也有关系，总之，它这个电流波形的形状是息息相关的。

电流有效值=电流峰值*根号下的D*(KRP的平方/3-KRP+1)，比如电流有效值=0.419*根号下0.47*(0.36 /3-0.6+1)=0.20A.所以对应于相同的功率，也就是有相同的输入电流时，其有效值和这些参数是有关的，适当的调整参数，使有效值最小、发热也就最小、损耗小，这便优化了设计。第三步，开始设计变压器准备工作，已知开关频率是100KHZ，则开关周期就是10微秒，占空比是0.47，那么TON就是4.7微秒。

第四步，选定变压器磁芯，这个就是凭经验了，如果不会选计算就行了，

第五步，计算变压器的原边匝数,原边使用的经径。

计 算原边匝数的时候，要选定一个磁芯的振幅B，即这个磁芯的磁感应强度的变化区间，因为加上方波电压后，这个磁感应强度是变化的，正是因为变化，所以才有了 变压的作用，NP=VS*TON/SJ*B，这几个参数分别是原边匝数、最小输入电压、导通时间、磁芯的横节面积和磁芯振幅，一般取B的值是0.1到 0.2之间，取得越小，变压器的铁损就越小，但相应变压器的体积会大些。这个公式来源于法拉弟电磁感应定律,这个定律是在一个铁心中，当磁通变化的时候， 其会产生一个感应电压，这个感应电压=磁通的变化量/时间T再乘以匝数比,把磁通变化量换成磁感应强度的变化量乘以其面积就可以推出上式 来，NP=90*4.7微秒/32平方毫米*0.15,得到88匝0.15是选取的值，算了匝数，再确定线径，一般来说电流越大线越热，所以需要的导线就 越粗，需要的线径由有效值来确定，而不是平均值。上面已经算得了有效值，所以就来选线，用0.25的线就可以，用0.25的线，其面积是0.049平方毫 米，电流是0.2安，所以其电流密度是4.08，一般选定电流密度是4到10安第平方毫米。若是电流很大，最好采用两股或是两股以上的线并绕，因为高频电 流有趋效应，这样可以比较好。

第六步，确定次级绕组的参数、圈数和线径。

原边感应电压，就是一个放电电压，原边就是以这个电 压放电给副边的，看上边的图，因为副边输出电太为5V，加上肖特基管的压降，就有5.6V，原边以80V的电压放电，副边以5.6V的电压放电，那么匝数 是多少呢？当然其遵守变压器那个匝数和电压成正比的规律，所以副边电压=NS*(UO+UF)/VOR，其中UF为肖特基管压降，这个副边匝数等于 88*5.6/80，得6.16,整取6匝，再算副边的线径，当然也就要算出副边的有效值电流，下图是副边电流的波形，有突起的时间是1-D，没有突起的 是D，刚好和原边相反，但其KRP的值和原边相同，这个峰值电流就是原边峰值电流乘以其匝数比，要比原边峰值电流大数倍。

第七步，确定反馈绕组的参数。

反馈是反激的电压，其电压是取自输出级的，所以反馈电压是稳定的，TOP 的电源电压是5.7到9V，绕上7匝，那么其电压大概是6V多，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应，至于线，因为流过其的电流很小，所以就用绕原边的线绕就可以了，无严格要求。第八步，确定电感量。

原边的电流上升公式I=VS*TON/L.因为已经从上面画出了原边电流的波形,这个I就是:峰值电流*KRP，所以L=VS.TON/峰值电流*KRP，这就确定了原边电感的值。

第 九步，验证设计，即验证一下最大磁感应强度是不是超过了磁芯的允许值，有BMAX=L*IP/SJ*NP，这五个参数分别表示：磁通最大值、原边电感量、 峰值电流、原边匝数，这个公式是从电感量L的概念公式推过来的，因为L=磁链/流过电感线圈的电流，磁链等于磁通乘以其匝数，而磁通就是磁感应强度乘以其 截面积，分别代入到上面，即当原边线圈流过峰值电流时，此时磁芯达到最大磁感应强度，这个磁感应强度就用以上公式计算.BMAX的值一般一要超过0.3T ,若是好的磁芯可以大一些；若是超过了这个值，就可以增加原边匝数或是换大的磁芯来调。

小结：

设计高频变压器，有几个参数要 自己设定，这几个参数就决定了开关电源的工作方式，第一是要设定最大占空比D，这个占空比是由你自己设定的感应电压VOR来确定；再就是设定原边电流的波 形，确定KRP的值，设计变压器时，还要设定其磁芯振幅B，这又是一个设定，所有这些的设定，就让这个开关电源工作在你设定的方式下了，最后还要不断的调 整，工作在一个对你来说最好的状态下，这就是高频变压器的设计任务。

公式D=VOR/(VOR+VS ) (1)

IAVE=P/效率*VS (2)

IP=IAVE/(1-0.5KRP)*D (3)

I有效值=电流峰值*根号下的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)

不过总的来说，高频变压器是一个比较复杂的东西，本文短短的篇幅在此不足以说明，在计算时务必要注意各个参数之间的联系，因为是一个整体，多分析、多思考，想必大家就会精通。