变压器的设计与工作模式

目前市面上的电源大部分是反激的拓扑结构，变压器是反激电源的核心，并且变压器的好坏决定整个电源的性能，要设计好一个变压器，是需要根据一个电源的要求来合理的设计好参数，不同的参数值就对应不同的要求，比如要求成本的非常低可能对于温升等就会要求少点，或是要求性能非常好的可能成本就会多点，或是要求体积小的效率可能会低点等等，很多时候都是侧重了每几个点，当然其他的也要综合的考虑，所以变压器的设计非常的灵活，如果是设计不合理整个电源需要重新设计。

下面我们系统的讲下变压器的设计，设计变压器首先需要选定一个工作点，一般我们都是选定在最小输入电压的时最大输出功率来设计。

下面我们对变压器的设计进行详细的说明。

第一步：计算输入功率Pin

确定好输出的功率Po，然后是假设电源能到达的效率η，根据输出功率与效率来计算出输入的功率

第二步：确定输入电压范围

知道输入功率后，就是要确定好输入电压的范围了，

客户给我们的输入范围，比如输入的电压是AC85-AC264V，是输入的交流电压的有效值，但是反激电源是一个DC-DC的拓扑，需要知道输入的DC范围，所以我们需要一个电解电容滤波，有电解电容滤波后，反激输入的最大DC电压就是AC264V的峰值电压了，Vin_max=264×1.414≈373V

知道了最大电压还需要知道最小输入电压，最小的输入电压是在交流输入最小的时候，看下面的图，输入交流电压整流后是馒头波，频率是输入的2倍，当电解电容充到输入峰值电压Vpk值后，电容停止充电了，电容开始放电，当放电到下一个周期的输入电压等于电容上面的电压Vin_min的时候，电容再次充电，那么这个Vin_min的电压是由输入的功率与输入的电解电容决定的。

一般我们可以经验来选择，对于AC85V输入电压的时候，是1W功率选择2uF的电解电容。

根据经验值选择好电容后，输入电解电容上面的纹波电压Vrip大概是40V，知道了纹波电压，就可以计算出来.

根据电解电容上的最大与最小电压就能确定变压器原边的输入电压范围是DC80V-373V

第三步：确定好变压器的工作模式

变压器的工作模式就是工作在CCM、DCM的模式了，一般的反激都是工作在DCM的模式，当然现在很多都是设计在QR的模式。

我们这里以DCM模式为列，也就是输出最大功率并在输入最低电压时工作在临界模式。

第四步：确好反激变压器的反射电压Vor

Vor的确定是根据最小输入电压的时候的最大占空比Dmax，同时需要根据最大输入电压Vin_max来决定MOS管的电压。

首先是最大占空比的确定，反激值的最大占空比一般是不能大于0.5，也就是Vor＜Vin_min。

MOS管的最大电压VDSS取决

MOSFET的应力是由最大输入电压Vin_max、反射电压Vor与尖峰电压Vp。

VDDS*90%=Vin_max+Vor+Vp，取值90%是因为低温的原因。

尖峰电压一般我们取小80-100V

如果MOS管的电压选择650V的管子，

Vor=VDSS*90%-Vp-Vin_max=650V*90%-100V-373V=112V

但是根据输入最小电压80V，Vor＜80V

所以我们可以选择Vor=75V。

第五步：根据Vor与变压器最小输入电压计算最大占空比

第六步：开关频率fs的设定

一般我们都是设定在45-65kHZ左右。

第七步：原边绕阻最大峰值电流Ipk的确定

根据输入电压与输入功率可以计算出变压器绕组的平均值电流

再根据最大占空比可以计算出来原边开通时的最大平均值电流Iave_on

计算出来原边开通平均值后就可以计算出来原边的峰值电流Ipk=2*Iave_on

第八步：计算出变压器原边的感量Lp

根据峰值电流Ipk就可以计算出原边的感量Lp

这样就可以计算出来原边的感量了。