開此帖的目的主要是對(duì) 心中有冰 老師的帖子的總結(jié)，方便大家學(xué)習(xí)。
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【原創(chuàng)】關(guān)于對(duì)正激變壓器設(shè)計(jì)的總結(jié)
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@zq2007
首先：正激變壓器由于儲(chǔ)能裝置在后面的BUCK電感上，所以沒有Flyback變壓器那么復(fù)雜，其作用主要是電壓、電流變換，電氣隔離，能量傳遞等所以，我們計(jì)算正激變壓器的時(shí)候，一般都是首先以變壓次級(jí)后端的BUCK電感為研究對(duì)象的，BUCK電感的輸入電壓就是正激變壓器次級(jí)輸出電壓減去整流二極管的正向壓降，所以我們又稱正激電源是BUCK的隔離版本。
首先說說初次級(jí)匝數(shù)的選擇：
以第三繞組復(fù)位正激變壓器為例，一旦匝比確定之后，接下來就是計(jì)算初次級(jí)的匝數(shù)，論壇里有個(gè)帖子里的工程師認(rèn)為，正激變壓器在滿足滿負(fù)載不飽和的情況下，匝數(shù)越小越好。
其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)，匝數(shù)的多少?zèng)Q定了初級(jí)的電感量（在不開氣隙，或開同樣的氣隙情況下），而電感量的大小就決定了初級(jí)的勵(lì)磁電流大小，這個(gè)勵(lì)磁電流雖不參與能量的傳遞，但也是需要消耗能量的，所以這個(gè)勵(lì)磁電流越小電源的效率越高；再說了，過少的匝數(shù)會(huì)導(dǎo)致deltB變大，不加氣隙來平衡的話，變壓器容易飽和。
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@zq2007
首先說說初次級(jí)匝數(shù)的選擇：以第三繞組復(fù)位正激變壓器為例，一旦匝比確定之后，接下來就是計(jì)算初次級(jí)的匝數(shù)，論壇里有個(gè)帖子里的工程師認(rèn)為，正激變壓器在滿足滿負(fù)載不飽和的情況下，匝數(shù)越小越好。其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)，匝數(shù)的多少?zèng)Q定了初級(jí)的電感量（在不開氣隙，或開同樣的氣隙情況下），而電感量的大小就決定了初級(jí)的勵(lì)磁電流大小，這個(gè)勵(lì)磁電流雖不參與能量的傳遞，但也是需要消耗能量的，所以這個(gè)勵(lì)磁電流越小電源的效率越高；再說了，過少的匝數(shù)會(huì)導(dǎo)致deltB變大，不加氣隙來平衡的話，變壓器容易飽和。
無論是單管正激還是雙管正激，都存在磁復(fù)位的問題。且，都可以看成是被動(dòng)方式的復(fù)位。復(fù)位的電流很重要，太小了，復(fù)位效果會(huì)被變壓器自身分布參數(shù)（主要是不可控的電容，漏感）的影響。
復(fù)位電流是因?yàn)殡姼须娏鞑荒芡蛔儯跫?jí)MOSFET關(guān)斷之后，初級(jí)繞組的反激作用，又復(fù)位繞組跟初級(jí)繞組的相位相反，所以在復(fù)位繞組中有復(fù)位電流產(chǎn)生 復(fù)位電流關(guān)系到磁芯能否可靠的退磁復(fù)位，其重要性不言自喻；當(dāng)變壓器不加氣隙時(shí)，其初級(jí)電感量較大，復(fù)位電流自然就小。
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@zq2007
無論是單管正激還是雙管正激，都存在磁復(fù)位的問題。且，都可以看成是被動(dòng)方式的復(fù)位。復(fù)位的電流很重要，太小了，復(fù)位效果會(huì)被變壓器自身分布參數(shù)（主要是不可控的電容，漏感）的影響。復(fù)位電流是因?yàn)殡姼须娏鞑荒芡蛔?，初?jí)MOSFET關(guān)斷之后，初級(jí)繞組的反激作用，又復(fù)位繞組跟初級(jí)繞組的相位相反，所以在復(fù)位繞組中有復(fù)位電流產(chǎn)生復(fù)位電流關(guān)系到磁芯能否可靠的退磁復(fù)位，其重要性不言自喻；當(dāng)變壓器不加氣隙時(shí)，其初級(jí)電感量較大，復(fù)位電流自然就小。
如果總結(jié)的有問題，還請(qǐng)大家指正。
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@zq2007
但在大功率的單管正激和雙管正激的實(shí)際應(yīng)用中，往往需要增加一點(diǎn)小小的氣隙，否則設(shè)計(jì)極不可靠，大功率的電源，一次側(cè)電流很大,漏感引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，B=I*Llik/nAe,就大，加氣隙是為了減小漏感Llik.
正激的占空比主要是取決于次級(jí)續(xù)流電感的輸入與輸出，次級(jí)則就是一個(gè)BUCK電路，而CCM的BUCK線路Vo=Vin*D，跟次級(jí)的電流無關(guān)
Vo=Vin*D Vo:輸出電壓，Vin：BUCK的輸入電壓，即正激變壓器的輸出電壓減去整流管的正向壓降，D：占空比在此，輸出電壓是已知的我們只要確定一個(gè)合適的占空比，就可以計(jì)算出BUCK電感的Vin，也就是說變壓器的輸出電壓基本就定下來了 在這特別要提醒大家，占空比D的取值跟復(fù)位方式有很大的關(guān)系，建議D的取值不要超過0.5
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@zq2007
正激的占空比主要是取決于次級(jí)續(xù)流電感的輸入與輸出，次級(jí)則就是一個(gè)BUCK電路，而CCM的BUCK線路Vo=Vin*D，跟次級(jí)的電流無關(guān)Vo=Vin*DVo:輸出電壓，Vin：BUCK的輸入電壓，即正激變壓器的輸出電壓減去整流管的正向壓降，D：占空比在此，輸出電壓是已知的我們只要確定一個(gè)合適的占空比，就可以計(jì)算出BUCK電感的Vin，也就是說變壓器的輸出電壓基本就定下來了在這特別要提醒大家，占空比D的取值跟復(fù)位方式有很大的關(guān)系，建議D的取值不要超過0.5
正激變壓器加少量氣隙能將電-磁轉(zhuǎn)換中的剩磁清空,磁芯的實(shí)際利用率增加,同時(shí)增加的一點(diǎn)空載電流在大功率電流中所占比例較小,效率不會(huì)受到太大影響,這樣可以讓變壓器不容易飽和,電源的可靠性增加,同時(shí)可以減少初級(jí)匝數(shù),變壓器內(nèi)阻降低,能小體積出大功率.加氣隙也相當(dāng)于增大了變壓器磁芯,但實(shí)際好處(特別是抗飽和能力)是勝于加大磁芯的.
加氣隙后,減小的電感量會(huì)被增加的磁芯利用率補(bǔ)回來,而且有余,是合算的不用擔(dān)心.
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@zq2007
正激變壓器加少量氣隙能將電-磁轉(zhuǎn)換中的剩磁清空,磁芯的實(shí)際利用率增加,同時(shí)增加的一點(diǎn)空載電流在大功率電流中所占比例較小,效率不會(huì)受到太大影響,這樣可以讓變壓器不容易飽和,電源的可靠性增加,同時(shí)可以減少初級(jí)匝數(shù),變壓器內(nèi)阻降低,能小體積出大功率.加氣隙也相當(dāng)于增大了變壓器磁芯,但實(shí)際好處(特別是抗飽和能力)是勝于加大磁芯的.加氣隙后,減小的電感量會(huì)被增加的磁芯利用率補(bǔ)回來,而且有余,是合算的不用擔(dān)心.
復(fù)位繞組的位置問題，是跟初級(jí)繞組近好呢，還是夾在初次級(jí)之間好？
如果并繞，當(dāng)然跟初級(jí)的耦合是最好的，但對(duì)漆包線的耐壓是個(gè)考驗(yàn)！當(dāng)然這不至于直接擊穿。
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@zq2007
單管正激，如果是市電或有PFC輸出電壓作為輸入的話，MOSFET的最低耐壓是2倍直流母線電壓，再加上漏感的因素，MOSFET建議選800V甚至900V的管子
大功率的電源中，考慮到可靠性，一般變壓器的余量較大，為避免變壓器飽和，一般將deltB選得較小，一般取0.2以下；由于EMC與MOSFET的開關(guān)損耗考慮，將頻率設(shè)得較低，一般為40KHz以下；大功率電源一般都會(huì)帶主動(dòng)式PFC電路，所以單管或雙管正激拓?fù)涞哪妇€電壓大概是400V左右。
由于上面三個(gè)原因，根據(jù)變壓器匝數(shù)計(jì)算公式Np=Vin*Ton/(deltB*Ae)，可知變壓器的初次級(jí)匝數(shù)較多，而較多的匝數(shù)會(huì)使分布參數(shù)（漏感，分布電容）變大，從而使繞組的交流損耗，特別是直流損耗都變大，在加上大功率變壓器內(nèi)部繞組的散熱特性很差，故繞組溫升相當(dāng)可觀
再加之大功率變壓器的鐵芯散熱面積小，中柱發(fā)熱比兩個(gè)邊柱更嚴(yán)重，而散熱更差，所以鐵芯的損耗導(dǎo)致的溫升也較可觀
較大的鐵損與銅損導(dǎo)致磁芯的溫度上升，從而導(dǎo)致變壓器的磁通密度飽和點(diǎn)下降，如果設(shè)計(jì)的余量不夠，當(dāng)變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下，可能立即飽和從而導(dǎo)致炸管！
而加點(diǎn)小氣隙可以減少變壓器的剩磁，從而使避免變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下飽和，
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@zq2007
大功率的電源中，考慮到可靠性，一般變壓器的余量較大，為避免變壓器飽和，一般將deltB選得較小，一般取0.2以下；由于EMC與MOSFET的開關(guān)損耗考慮，將頻率設(shè)得較低，一般為40KHz以下；大功率電源一般都會(huì)帶主動(dòng)式PFC電路，所以單管或雙管正激拓?fù)涞哪妇€電壓大概是400V左右。由于上面三個(gè)原因，根據(jù)變壓器匝數(shù)計(jì)算公式Np=Vin*Ton/(deltB*Ae)，可知變壓器的初次級(jí)匝數(shù)較多，而較多的匝數(shù)會(huì)使分布參數(shù)（漏感，分布電容）變大，從而使繞組的交流損耗，特別是直流損耗都變大，在加上大功率變壓器內(nèi)部繞組的散熱特性很差，故繞組溫升相當(dāng)可觀再加之大功率變壓器的鐵芯散熱面積小，中柱發(fā)熱比兩個(gè)邊柱更嚴(yán)重，而散熱更差，所以鐵芯的損耗導(dǎo)致的溫升也較可觀較大的鐵損與銅損導(dǎo)致磁芯的溫度上升，從而導(dǎo)致變壓器的磁通密度飽和點(diǎn)下降，如果設(shè)計(jì)的余量不夠，當(dāng)變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下，可能立即飽和從而導(dǎo)致炸管！而加點(diǎn)小氣隙可以減少變壓器的剩磁，從而使避免變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下飽和，
為什么有的變壓器 不加復(fù)位繞組，也能正常復(fù)位？
可以利用外部復(fù)位 RCD,LCD,有源鉗位等方式
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@zq2007
諧振復(fù)位正激變換器，它是利用變壓器激磁電感與MOSFET結(jié)電容進(jìn)行諧振復(fù)位的，但是所需的電感量和電容量是需要詳細(xì)計(jì)算的，通常需要對(duì)正激變壓器開氣隙才行。復(fù)位電流一般都比較小，所以復(fù)位繞組的發(fā)熱也較小，放在內(nèi)層一般一層就可以繞完便于工藝的控制。我做的變壓器一般是復(fù)位，初級(jí)，次級(jí)，輔助。
次級(jí)繞組如果在里面，這繞組所用銅線的單匝長(zhǎng)度小，直流損耗低，但散熱就差了一點(diǎn)，如果在外面的話，則情況相反。
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@zq2007
正激沒有偏磁和直通的毛病,主要優(yōu)點(diǎn)就是可靠性高.同樣頻率下,正激變壓器磁芯的發(fā)熱量只有橋式的1/3. 200W-500W的正激變壓器,可加0.05-0.1MM的氣隙,這樣可以減少初級(jí)匝數(shù),還可適當(dāng)提高頻率,進(jìn)一步減少匝數(shù),以降低導(dǎo)線發(fā)熱量.
正激電源開通、關(guān)斷瞬間，初、次級(jí)電流包含哪些成分？穩(wěn)態(tài)之后呢？
雙管正激的那兩個(gè)鉗位二極管是在復(fù)位的時(shí)候?qū)?，從而鉗位MOSFET兩端的電壓近似等于直流母線電壓
復(fù)位二極管最好用超快回復(fù)的，最理想的選擇是BYV26C之類的管子，UF系列也可以
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@zq2007
正激電源開通、關(guān)斷瞬間，初、次級(jí)電流包含哪些成分？穩(wěn)態(tài)之后呢？雙管正激的那兩個(gè)鉗位二極管是在復(fù)位的時(shí)候?qū)?，從而鉗位MOSFET兩端的電壓近似等于直流母線電壓復(fù)位二極管最好用超快回復(fù)的，最理想的選擇是BYV26C之類的管子，UF系列也可以
硬開關(guān)電路，從理論上分析，提高頻率的益處:可以允許使用更少的匝數(shù)或者使用更小型號(hào)的變壓器（同樣型號(hào)的變壓器輸出同樣功率，鐵損將明顯減少），減少電源的體積，增大電源的功率密度
當(dāng)然也有不好的一面：提高頻率將使MOSFET的開關(guān)損耗加大，變壓器繞線的趨膚深度降低，分布參數(shù)的振蕩將更加劇烈，EMI變差
所以，可靠性跟頻率沒有必然的聯(lián)系，只要將電路處理好，特別是熱設(shè)計(jì)做好了，一般可靠性還是比較高的
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@zq2007
硬開關(guān)電路，從理論上分析，提高頻率的益處:可以允許使用更少的匝數(shù)或者使用更小型號(hào)的變壓器（同樣型號(hào)的變壓器輸出同樣功率，鐵損將明顯減少），減少電源的體積，增大電源的功率密度當(dāng)然也有不好的一面：提高頻率將使MOSFET的開關(guān)損耗加大，變壓器繞線的趨膚深度降低，分布參數(shù)的振蕩將更加劇烈，EMI變差所以，可靠性跟頻率沒有必然的聯(lián)系，只要將電路處理好，特別是熱設(shè)計(jì)做好了，一般可靠性還是比較高的
匝比的大小跟輸入的電壓范圍以及占空比有關(guān)。
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@zq2007
次級(jí)完全可以看成一個(gè)BUCK電路，那么這個(gè)BUCK電路的輸入電壓就是變壓器次級(jí)輸出電壓減去整流管的壓降，只要確定好占空比，就可以計(jì)算出電感前端的輸入電壓，即變壓器次級(jí)的電壓然后通過占空比凡推出匝比，選好變壓器之后就可以計(jì)算出初級(jí)的匝數(shù)，通過匝比計(jì)算出次級(jí)匝數(shù)
在算變壓器的時(shí)候經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵驯然蛟褦?shù)的小數(shù)而有所調(diào)整，這樣先計(jì)算的輸出電感余量不是要再留大些？
是的，一般在實(shí)際電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，跟計(jì)算值相比都會(huì)留有一定的余量，而且當(dāng)發(fā)生取值使用近似值的時(shí)候，都需要進(jìn)行反推驗(yàn)證，這樣才能保證電路的工作狀態(tài)在我們的控制之中
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@zq2007
在算變壓器的時(shí)候經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵驯然蛟褦?shù)的小數(shù)而有所調(diào)整，這樣先計(jì)算的輸出電感余量不是要再留大些？是的，一般在實(shí)際電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，跟計(jì)算值相比都會(huì)留有一定的余量，而且當(dāng)發(fā)生取值使用近似值的時(shí)候，都需要進(jìn)行反推驗(yàn)證，這樣才能保證電路的工作狀態(tài)在我們的控制之中
正激變壓器在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)存在三個(gè)電流，1.勵(lì)磁電流，I1=VIN*Ton/Lp；也就是Ip中的斜坡電流。這部分電流不傳遞能量，只維持變壓器的電動(dòng)勢(shì)。2.Ip中的平臺(tái)電流I2，這一部分是傳遞能量的。3.次級(jí)感應(yīng)電流I3=n*I2。
因?yàn)镮3=n*I2，I2,I3產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，所以在正激變壓器計(jì)算中不考慮。
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@zq2007
正激變壓器在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)存在三個(gè)電流，1.勵(lì)磁電流，I1=VIN*Ton/Lp；也就是Ip中的斜坡電流。這部分電流不傳遞能量，只維持變壓器的電動(dòng)勢(shì)。2.Ip中的平臺(tái)電流I2，這一部分是傳遞能量的。3.次級(jí)感應(yīng)電流I3=n*I2。因?yàn)镮3=n*I2，I2,I3產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，所以在正激變壓器計(jì)算中不考慮。
開關(guān)損耗是硬開關(guān)電路的硬傷，除非上軟開關(guān)，則可以明顯降低開關(guān)損耗。硬開關(guān)要降低開關(guān)損耗的方法有降低開關(guān)頻率，加快開通與關(guān)斷的速度（使波形上升與下降沿更陡峭），但會(huì)使EMI更差，采用輸入電容小的MOSFET，提升電路的驅(qū)動(dòng)能力等。
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@zq2007
雙管正激與單管正激變壓器的計(jì)算方法完全一樣
其實(shí)正激變壓器穩(wěn)態(tài)時(shí)的初級(jí)電流可以通過變壓器的等效模型得到的，用文字表述下，
Ton時(shí)，整流管導(dǎo)通，續(xù)流管關(guān)斷（忽略反向恢復(fù)時(shí)間與漏感的影響等因素的影響），次級(jí)儲(chǔ)能電感電流線性上升，di(L)/dt=(Us-Uo)/L,而這個(gè)電流會(huì)通過匝比反饋到變壓器初級(jí)的電流波形中去
當(dāng)然，變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電感在輸入電壓Uin的作用下，也會(huì)有一個(gè)線性上升的勵(lì)磁電流，di(m)/dt=Uin/Lm，這兩個(gè)電流都是要流經(jīng)變壓器初級(jí)線圈的，所以我們測(cè)試的電流就是這兩個(gè)電流的疊加
這也解釋了為何復(fù)位線圈的線徑比初級(jí)線圈的線徑小得多的原因。
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@zq2007
其實(shí)正激變壓器穩(wěn)態(tài)時(shí)的初級(jí)電流可以通過變壓器的等效模型得到的，用文字表述下，Ton時(shí)，整流管導(dǎo)通，續(xù)流管關(guān)斷（忽略反向恢復(fù)時(shí)間與漏感的影響等因素的影響），次級(jí)儲(chǔ)能電感電流線性上升，di(L)/dt=(Us-Uo)/L,而這個(gè)電流會(huì)通過匝比反饋到變壓器初級(jí)的電流波形中去當(dāng)然，變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電感在輸入電壓Uin的作用下，也會(huì)有一個(gè)線性上升的勵(lì)磁電流，di(m)/dt=Uin/Lm，這兩個(gè)電流都是要流經(jīng)變壓器初級(jí)線圈的，所以我們測(cè)試的電流就是這兩個(gè)電流的疊加這也解釋了為何復(fù)位線圈的線徑比初級(jí)線圈的線徑小得多的原因。
B的取值大小限制變壓器鐵芯的損耗大小，小的B值變壓器越不容易飽和，但相反需要更多的繞線匝數(shù)，有時(shí)甚至因?yàn)榇翱诿娣e饒不下，所以銅損在增加
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@zq2007
因?yàn)檎さ恼伎毡纫话愣紩?huì)小于0.5，所以次級(jí)續(xù)流二極管的導(dǎo)通時(shí)間要更長(zhǎng)除開電容的影響，整流二極管跟續(xù)流二極管的平均電流應(yīng)該是一樣的
此貼接著第7貼繼續(xù)，知道變壓器的輸出電壓Vs之后，那么就可以根據(jù)輸入的電壓來計(jì)算出變壓器的匝比了，這里要用最低輸入直流電壓來計(jì)算匝比，因?yàn)樽畹洼斎氲闹绷麟妷簩?duì)應(yīng)最大的占空比
此Vs的電壓對(duì)于選擇次級(jí)整流二極管的耐壓也是一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)
選擇匝比的時(shí)候請(qǐng)大家注意，因?yàn)橛?jì)算出來的值一般都是小數(shù)點(diǎn)后有一位甚至幾位的值，而我們?cè)趯?shí)際繞制變壓器的時(shí)候，零點(diǎn)幾匝的繞法非常困難，所以盡量取整數(shù)倍的匝比；當(dāng)然，如果計(jì)算變壓器的時(shí)候，變壓器的初次級(jí)匝數(shù)比也不排除剛好是小數(shù)的情況
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