第三章 变压器设计 RCC 变换器的核心设计就是开关变压器的设计，许多书上都有介绍，但是不太实际，讲 得比较繁琐和抽象，此章我也会先讲理论，再讲如何简化开关变压器的设计，使设计更贴近现 实。 第一节 开关变压器的设计理论 下面我们以输出功率为 5 瓦以下的开关电源为例，讲解一下开关变压器的设计。 1 电气要求： 1． 输入电压：AC 90-264V/50-60HZ 2． 输出电压：5±0.2 V 3． 输出电流：1A 2 设计流程介绍： 2.1 线路图如下： 说明： W1，W3 是做屏蔽用的，对 EMI 有作用； Np 是初级线圈(主线圈)； Nb 是辅助线圈； Ns 次级线圈（二次侧圈数）。 2.2 变压器计算: 2.2.1 变压器的参数说明: 依据变压器计算公式 B (max)  IpxLp xNp Ae x 100 Gauss Ip  B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)  Lp = 一次侧电感值(uH)  = 一次侧峰值电流(A)  Np = 一次侧(主线圈)圈数  Ae = 铁心截面积(cm2)  B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以浙江东磁公司的 DMR40 为例，100℃时的 B(max)为 4000 Gauss，设计时应考虑零件 误差，所以一般取 3000~3600 Gauss 之间，若所设计的 power 为 Adapter(有外壳)则应取 3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合， 一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的 Power。 由以下公式可决定占空比 ，占空比的设计一般以 50%为基准， 占空比若超过 50%易导致振荡的发生。 2.2.2 决定占空比: 

D )  Vo (  xD Ns Np  Vin xV 1() D (min)  NS = 二次侧圈数  NP = 一次侧圈数  Vo = 输出电压  VD= 二极管顺向电压  Vin(min) = 滤波电容上的最小电压值  D =占空比 2.2.3 决定 Pout，Ip，Lp，Nps，Np，Ns 值: Pout=V2 x Iout x 120% V2=Vout + Vd + Vt pI 1  Pout Vin (min) xDx 因为 I1p 是峰峰值，如下图： 所以 I 1 prms  pI 1 6 xVin Lp= Vin 2 Ton x Pout x Tx Ton x  简化后 Lp= xVin 1 Ton prms I Nps Vo (  Vin xV 1() D (min)  xD D ) Ns  Nps I x Ae prms 1 Bx max pLx 1 x 610 Ip = 一次侧峰值电流 I1p = 一次侧尖峰电流值    Pout = 输出瓦数  Vd=开关二级关的正向压降一般为 0.55V  Vt=输出滤波线圈的压降，一般取 0.2V   开关变压器的转换效率  f PWM 震荡频率  Nps 次级与初级的匝比 

 Np 初级线圈圈数，Ns 次级线圈圈数 2.2.4 决定变压器线径及线数: 当变压器决定后，变压器的 Bobbin 即可决定，依据 Bobbin 的槽 宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流 密度一般以 6A/mm2 为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当 做参考值，最终应以温升记录为准。 2.2.5 决定辅助电源的圈数: 2.2.6 变压器计算: 依据变压器的圈比关系，可决定辅助电源的圈数及电压。  输出瓦数 10W(5V/2A)，Core = EE-19，可绕面积(槽宽)=57mm， Margin Tape = 2.8mm(每边)，剩余可绕面积=4.4mm，Ae=52  假设 fT = 45 KHz ，Vin(min)=90V，=0.7，  计算式:  决定占空比: 假定 D=0.48，f=45k  计算 Pout，Ip，Lp 值: V2=Vout + Vd + Vt =5+0.55+0.2=5.75 Pout=V2 x Iout x 120% =5.75 x 2 x 1.2 =13.8W pI 1  2 Pout Vin (min) xDx = 8.13 x 5.0 100 x 8.0 =0.69A I 1 prms  pI 1 6 = 0.69/2.4=0.30A Lp= xVin Ton fxpI 1 x 5.0 100 x 45000 69.0 Vo xV ( 1()  D Vin (min) = =1.6mH Nps  xD =5.75/100=0.058 D ) Ns  Nps I x Ae prms 1 Bx max pLx 1 x 610 = 058.0 x 52 69.0 x 3.0 x 6.1 x 610 =4.1 取 5 圈 

Np=5/0.058=88 圈 辅助线圈电压为 10V，则权数为 Nw4=10/100 x 88=9 圈  变压器材质及尺寸:  由以上假设可知材质 MBR40，尺寸=EE-19， Ae=0.52cm2，可绕面积(槽宽)=12mm，因 Margin Tape 使用 2.8mm，所以剩余可绕面积 9.2mm.  决定变压器的线径及线数: pI 1  2 Pout Vin (min) xDx =0.69A I 1 prms  pI 1 6 = 0.69/2.4=0.30A  假设 NP 使用 0.32ψ的线 电流密度= 14.3 30.0    32.0 2 x  2    30.0 x .0 14.3 1024  0.1 A 剩余可绕面积 可绕圈数=  32.0  假设 Secondary 使用 0.35ψ的线 线径  4.4   03.0  57.12 圈  14.3 x 2 .0 0289  07.22 A 2    14.3 电流密度= 2 35.0   2   假设使用 4P，则 07.22  电流密度= x A5.5 4 2.2.7 设计验证 可绕圈数=  35.0 4.4   03.0  圈57.11 将所得资料代入 B (max)  LpxIp NpxAe x 100 Gauss 〈 0.3T 公式中，如此可得出 B(max)，若 B(max)值太高或太低则参数必须重新调整。 B (max)  LpxIp NpxAe x 100 Gauss =1.6 x 0.69/(88 x 52) x 100 =0.28T<0.3T 设计通过 

第二节 开关变压器的简易设计 其实开关变压器的设计是可以简化的，主要靠经验来做调整，先用理论来设计样品，安装好后进行调试， 根据实际情况再来调整变压器参数，设计的产品多了，设计就会更加简单了，下面的表格就是笔者设计变 压器常用的计算公式，所有的变压器参数都已经设定好了，只要输入蓝色字体的参数就可以得出变压器的 各项电气参数，这样大大简化了变压器的设计，红色字体是公式中自动计算的，初学者不能进行更改，下 面我来讲解一下参数的输入设定： 1． 将你所要设计的开关电源的输出参数输入表格，此表中列出了 4 个输出参数，分别为电压输出 1，电流输出 1；电压输出 2，电流输出 2；电压输出 3，电流输出 3；电压输出 4，电流输出 4； 2． 输入你所用的磁芯特性参数：有效磁芯截面积，有效磁路长度，初始磁导率，这三个参数是磁 芯的核心参数，一定要根据磁芯厂家提供的数据进行确定； 3． 其他的参数我已经在表中列好了，可以不作更改即可，需要注意的是当计算出来的最大磁通密 度大于磁芯规格书中的 B 值时（100 摄氏度），应重新更改气隙长度再计算，直到计算出来的最 大磁通密度小于磁芯规格书中的 B 值为止； 4． 另外，计算出来的初级线圈的匝数是可以调整的，调整比为±10%左右，此时对应电感和 B 值 都会发生变化，经过反复调整即可达到理想值； 5． 辅助绕组与初级绕组的比一般为 1：10，如果太小，会影响驱动能力，太大有会影响输出效率 和静态功耗，初学者应根据实际调试结果再确定； 6． 此计算表格的源文件是 EXCEL 表格，需要的人士敬请参考我们网站中的下载中心的规定，谢 谢！