反激拓扑5—如何设计反激变压器？

原创 Monster电子技术 2024-05-14 11:30

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在此之前，已经介绍了一些关于反激的基础知识

反激拓扑1—反激电路的由来

反激拓扑2—反激电路工作原理分析

反激拓扑3—CCM模式与DCM模式的边界条件

反激拓扑4—伏秒平衡

本节将会尽可能详细的从理论上进行反激变压设计的推导，在此申明，本节内容是基于理想情况下进行理论的讲解，至于实际中影响的各种因素，会在后续逐步进行深入讲解。

通常，在设计一个反激变压器之前，总会有一些输入条件，比如输入电压Vin，输出电压Vout，输出功率Po或者输出电流Io，依据我们选择的驱动IC和设计经验，可以初步确定开关频率fsw

1、计算输入平均电流

2、根据反激电路输入侧电流波形，平均电流Iagv与峰值电流Ipeak的关系如下：

CCM模式下，Ipeak>ΔI，DCM模式下，Ipeak=ΔI

3、计算变压器励磁电感量Lm

根据反激电路初级侧励磁电感电流波形分析，存在如下关系：

CCM模式：0

DCM模式：ΔI=Ipeak

根据电感感应电压公式：

4、AP计算法

目前AP法(即面积乘积法)仍被推荐为选择磁心的一种有效方法，用于计算变压器面积的方法称为AP法，如下图是一个典型的变压器示意图。

我们把磁芯的二维示意图画出来，如下图所示

其中Aw为磁芯可绕导线的窗口面积（cm^2），Ae为磁芯的有效横截面积（cm^2），则有AP=AW*Ae（cm^4）。

但AP法原本是针对传统的工频正弦波铁心变压器而提出的，直接用于波形复杂的高频变压器并不合适，计算结果也很不准确。由于推导过程比较繁杂，在此不做赘述，有兴趣的同学可以在网上查找学习，当然针对反激变压器计算的AP法公式并不唯一，但计算结果都不会相差很多，我们可以选择一个在实践中觉得比较合适的进行初步的设计计算。

小编经常采用的公式如下：

其中，B为磁通量，Kw为窗口填充系数，一般选择0.2-0.4，j为电流密度，一般选择4-6，在计算时，AP公式中各参数均为无单位数值。

5、计算变压器的匝数

在网上很多资料中，都普遍通过伏秒平衡原理进行变压器匝比的计算，如下式

通过上期对伏秒平衡法则的解释，很明显我们发现，上式仅适用于CCM模式下，因为在DCM模式下，励磁电感去磁的时间并非(1-D)*T，而是小于该值。不过在前边我们推理过CCM模式和DCM模式的临界条件，为了简单，姑且可以先用上式计算出CCM模式下的匝数比Nps，然后通过DCM模式下的条件进行验证，直到选择合适的匝数比。

DCM模式下：