首先呢，任何開發(fā)的第一步就是提出設計要求，既然是第一次設計開關電源，我就不先為難自己了，先做一個簡單的反激開關電源

輸入電壓： 220VAC  ±20%

輸出：5V/4A

效率：80%(先假設吧)

工作頻率： 50kHz

我看老外的書比較多，不過是中文版的，發(fā)現(xiàn)老外的著作中變壓器的設計占很大一部分，所以接下來就是反激變壓器的設計

首先根據(jù)開關的耐壓來設計反激變壓器的匝比，在交流220V供電中，一般選用耐壓至少為600V的開關管，保留30V的安全余量，也就是說，反射電壓Vor + 最大直流電壓Vdc（max) + 漏感尖峰不超過570V

 假設最大漏感尖峰為最大直流電壓Vdc(max)的30%， 最大直流電壓Vdc(max) = 1.414 x 220 x 1.2 約為373V, 最大漏感尖峰為373V x 30% = 111.9V，怎么感覺這么大呢，

Vor + Vdc（max) + Vdc(max) x 0.3 = 570, 計算出反射電壓Vor約為85V, 并且Vor = （Vout + Vd）Np /Ns ， Vd是輸出二極管壓降 ，假設為0.7V， Np為反激變壓器初級匝數(shù)，Ns為次級匝數(shù) ,計算得

Np/Ns = 14.91，向上取整所以匝比為15

搞定匝比后，下一步要對開關管的導通時間進行計算，開關電源中有一條很有用的法則 —— 伏秒法則

因而必須保證反激變壓器導通電壓與導通時間的乘積等于變壓器關斷電壓與復位時間的乘積，既Von x Ton = Voff x Tr ， Tr為反激變壓器的復位時間，該開關電源工作在斷續(xù)模式DCM下, 所以Ton + Tr <= 0.8T

所以有Von x Ton = Voff ( 0.8T - Ton), 反激變壓器初級繞組導通電壓Von = Vdc(min) - Vq , Vq為開關管導通壓降，假設為1V, Voff等于Vor ， Voff = Vor = (Vout + Vd)Np/Ns，最小直流電壓Vdcmin = 1.414 x 220 x 0.8 約為249V , 并且有（Vdcmin - Vq) x Ton = Vor x (0.8T - Ton) , 所以Ton = 4.08微秒

反激變壓器實際上是一種多繞組的電感器，其存儲的能量為Ip^2 x Lp / 2, Ip為初級電流， Lp為初級電感，反激變壓器將絕大部分存儲的能量傳遞給負載，負載消耗的能量為Po x T，設計說明中已經假定工作效率為80%， 所以有Ip^2 x Lp / 2 = Po x T / η, η為工作效率，這里假設為80% ， 根據(jù)電感方程， VL = Lp x di/dt , 得出 Ip = (Vdcmin - Vq) x Ton/ Lp , 整理得

((Vdcmin - Vq) x Ton/Lp)^2 x Lp / 2 = Po x T / η, , 化簡得((Vdcmin - Vq) x Ton)^2 / Lp  =  2 x Po x T / η

Lp = η x ((Vdcmin - Vq) x Ton)^2 / 2 x Po x T  = 1023.82uH, 取整得1024uH

根據(jù)電感方程 VL = L x di/dt 得出 i = VL x t / L , 反激變壓器初級電流線性上升，當t等于Ton時電流最大， 而初級兩端電壓等于直流供電電壓Vdc，所以可得出

Ippeak = Vdcmin x Tonmax / Lp = 249 x 4.08 /1024 = 0.99A, Ippeak為初級峰值電流

根據(jù)安匝相等原則， Np x Ip = Ns x Is， 整理得， 次級峰值電流

Ispeak = Ip x Np / Ns = 0.99 x 15 = 14.85A

我這也是現(xiàn)學現(xiàn)賣

在給電路中打算使用UC3842作為主控芯片，在網上找了很多資料，還是沒有找到直接借鑒的元器件參數(shù)，所以下面很多參數(shù)是假設值，在最后調試時調整或者優(yōu)化一下，同時也希望各位高手幫忙檢查一下設計方法是否正確，下面進入輔助繞組的設計，

輔助繞組主要功能就是給主控芯片供電和驅動開關管，假設使用E13003作為開關管，通過相應手冊描述可知，E13003的電流放大倍數(shù)hFE為8-40，如果取最小值，即hFE = 8， 三極管的基極電流Ib = Ic/hFE = 0.99/8 = 0.12A, 為保證三極管可靠導通，取Ibpeak = 2Ib = 0.12x2 = 0.24A, 三極管集電極在導通期間電流線性上升至Ippeak = 0.99A, 假設輔助供電電壓為15V，三極管驅動功率為0.5x Ibpeak x Vaux x Ton /T = 0.37W ，本電路主控芯片使用UC3842，這是一款比較典型的電流模式控制芯片，假如設UC3842的工作電流為30mA, 工作電壓為15V UC3842所消耗的功率為15V x 0.03A = 0.45W 輔助線繞需要提供的總功率為0.37W + 0.45W = 0.82W, 保留一定余量取1.2w，得輔助供電電流為0.8A,電壓為15V

根據(jù)前面導出的公式0.5 x Vdcmin^2 x Ton^2 /L = Po x T/η可以計算出只有輔助繞組時初級電感Lpaux = 0.5 x ηx Vdcmin^2 x Ton^2/(Paux x T) = 0.5 x 0.8 x 248^2 x 4.08^2 /(1.2 x 20) = 17063.67uH

只考慮輔助繞組時的初級電流峰值Ipaux = Vonmin x Ton / L = 248 x 4.08/17063.67 = 0.06A

最終初級電感Lp = Vdcmin x Ton / (Ip + Ipaux) = 248 x 4.08 / (0.99 + 0.06) = 963.66uH ，取整得964uH

最終初級峰值電流為1.05A,為了保留安全余量，設開關管標稱電流為至少為初級峰值電流的1.5倍，即開關管標稱電流至少為1.575A, E13003在脈沖狀態(tài)下峰值電流最大為3A，所以這里選擇E13003作為開關管，反激變壓器初級電流波形為初始值為0的三角波，時間為Ton，根據(jù)三角波有效值公式 Iprms = Ipeak x （Ton/(3 x T))^0.5 = 0.99 x （4.08 /(3 x 20))^0.5 = 0.25A，次級電流已經在上面計算過，等于14.85A, 反激變壓器恢復時間為0.8T - Ton，Isrms =  Is x （（0.8T - Ton)/(3 x T))^0.5 = 14.85 x （11.92 /(3 x 20))^0.5 = 6.62A，

初級繞組與輔助繞組匝比Np/Naux = Vor / (Vaux + Vd) = 85/(15+0.7) = 5.41, 向上取整得 Np/Naux = 6

輔助繞組峰值電流Ipeakaux = Ipaux x Np/Naux = 0.06 x 6 = 0.36A

輔助繞組電流有效值為Iauxrms =  Ipeakaux x （（0.8T - Ton)/(3 x T))^0.5 = 0.36 x （11.92 /(3 x 20))^0.5 = 0.16A

計算完各繞組的電流有效值后就可以確定漆包線的截面積，在老外寫的書上圓形導線的截面積單位往往是圓密爾，cmil ， 1個圓密爾是直徑為1密爾圓的面積，1密爾等于 = 1英寸/1000 = 0.0254mm, 所以1cmil的面積 = πx (0.0254/2)^2 = 5.07 x 10^-4 mm2, 假設每500圓密爾漆包線允許流過1安培的電流(有效值)，則電流密度為500 x 5.07 x 10^-4 mm2/A = 0.25mm2/A 

初級繞組導線截面積Sp = 0.25 x Iprms = 0.0625mm2

次級繞組導線截面積Ss = 0.25 x Isrms = 1.655mm2

輔助繞組導線截面積Saux = 0.25 x Iauxrms = 0.04mm2

最小直流電壓Vdcmin = 1.414 x 220 x 0.8 約為249V

這個是不是算得不對，應該減去約40V的紋波，結果為209V，對于220V ±20% 的輸入，Vdcmin一般就取約200V。

        磁芯存儲的能量為E = 0.5 x B x H x Ve，B為磁通密度，單位特斯拉(T),如果磁芯材料為PC40，則取B = 0.16T，H為磁場強度，H = B/μ, μ為磁芯的磁導率 PC40相對磁導率約為2300，

Ve為磁芯的實效體積 Ve = Ae x Le ，Ae為磁芯實效截面積，Le為磁芯實效磁徑

        當磁芯開有氣隙后，氣隙也將會存儲一部分能量E = 0.5 x B x Hc x Ve + 0.5 x B x Hg x Vg，Hc為磁芯的磁場強度，Hg為氣隙處的磁場強度，

如果不考慮氣隙處的雜散效應，則磁芯和氣隙通過的磁通量相同，并且氣隙的截面積與磁芯截面積Ae相同，所以有E = 0.5 x B x Ae x (Hc x Le + Hg x Lg), Lg為氣隙寬度，

Hc x Le + Hg x Lg = Np x Ip,N為初級繞組匝數(shù)，I為初級繞組峰值電流，整理得

E = 0.5 x B x Ae x N x I

        設Sw為磁芯的窗口面積，初級繞組只占這個窗口的一部分，這部分面積與窗口面積之比，稱為窗口填充系數(shù)，用符號Kw表示，一般取0.2~0.4左右，所以E = 0.5 x B x Ae x (Sw x Kw /Sp) x Ip,Sp為初級繞組截面積前面已經計算過，初級繞組的截面積為Sp = 0.25 x Iprms = 0.25mm2/A x Ip x （Ton/3T)^0.5， 設C = (Ton/3T)^0.5，則Sp = 0.25 x Ip x C,得E = 0.5 x B x Ae x (Sw x Kw /(0.25 x Ip x C)) x Ip  = 2 x B x Ae x Sw x Kw / C2 x B x Ae x Sw x Kw / C = （Pi + Po）/ F, 且Pi = Po/η，整理得到

        2 x B x Ae x Sw x Kw / C = （1 + 1/η) x Po / F，

        AP = Ae x Sw = （1 + 1/η) x Po x C x 10^6/ (2 x 10^6 x B x Kw x F)  = （1 + 1/0.8) x 20 x 0.4 x 10^6 / (2  x 0.16 x 0.3 x 50000) = 3750

        根據(jù)AP值，初步選擇EI28磁芯下表根據(jù)TDK磁芯手冊計算出的數(shù)據(jù)  

 磁芯型號         Le(mm)           Ae(mm2)         Sw(mm2)          AP(mm4)

  E112.5           21.3                 14.4                16.32                235

  EI16              34.6                 19.8                 38.76               767.45

  EI19              39.6                 24.0                 54.36               1304.55

  EI22              39.3                 42.0                 38.24               1606.24

  EI25              47.0                 41.0                 77.19               3164.79

  EI28             48.2                  86.0                 68.6                 5899.6

  EI30             58.0                  111                  73.125              8116.875

  EI33             67.5                  119                  131.86              15691.64

  EI35             67.1                  101                  132.31              13363.31

  EI40             77.0                  148                  157.44              23301.12

  EI50             94.0                  230                  241.31              55501.3

  EI60             109                   247                  389.9                96157.1

根據(jù)以上推導，得出E = 0.5 x B x Ae x Np x IpE = 0.5 x Ip^2 x Lp0.5 x B x Ae x Np x Ip = 0.5 x Ip^2 x Lp ,整理得

Np = (Ip x Lp x 10^6)/(B x Ae) = (1.05 x 964 x 10^-6 x 10^6)/(0.16 x 86) = 73.56， 取整Np = 74匝

次級繞組Ns1 = Np / Nps1 = 74/15 = 4.93,取整 Ns1 = 5匝

輔助繞組Naux = Np/Npaux = 74/6 = 12.33，取整 Naux = 13匝

下面需要驗證所選的磁芯是否可以繞下所有繞組，最簡單的辦法就是利用AutoCAD畫出一個矩形，代表繞線的區(qū)域，尺寸參考所選磁芯的骨架，然后用圓代表繞組，因為初級有74匝，線徑為0.3mm，所有初級要畫出74個直徑為0.3mm的圓，并緊密排列，然后將所有繞組畫上，保證沒有超出矩形邊界，經過比較最后選擇使用EI30磁芯

重新計算初級繞組Np = (Ip x Lp x 10^6)/(B x Ae) = (1.05 x 964 x 10^-6 x 10^6)/(0.16 x 111) = 56.99匝，取整得57匝

次級繞組Ns1 = Np / Nps1 = 57/15 = 4.93,取整 Ns1 = 4匝

輔助繞組Naux = Np/Npaux = 57/6 = 9.5，取整 Naux = 10

設Rm為磁芯的磁阻，當磁芯開有氣隙后，總磁阻等于磁芯原有磁阻(不開氣隙時) 與氣隙磁阻之和Rm = Rc + Rg   = le/(Ae x uc x u0) + lg(Ae x u0), 非鐵磁材料磁導率近似真空磁導率   = (le/uc + lg)/(Ae x u0)如果通過磨除磁芯獲得氣隙時， 鐵氧體磁芯的有效磁路將縮小至le - lg，所以最終Rm = ((le - lg)/uc + lg)/(Ae x u0)，根據(jù)磁動勢Np x Ip = B x Ae x Rm, 得Np x Ip = B x Ae x ((le - lg)/uc + lg)/(Ae x u0),整理得出氣隙長度lg = (Np x Ip x u0 x uc)/(B x （uc - 1)）- le/(uc - 1），因為鐵磁材料的相對磁導率遠遠大于1，所以可以將上式近似為lg = 1000 x Np x Ip x u0 /B - le/uc = 1000 x 74 x 1.05 x 4 x π x 10^-7 / 0.16 - 48.2/2300 = 0.59mm如果只磨去EI30磁芯的中心柱，則可直接使用上式計算出的氣隙長度，當磁芯的中心柱和支柱都開有氣隙時 Rm = Rc + 2Rglg = 500 x Np x Ip x u0 /B - le/uc = 0.59/2 = 0.295mm，匝為了保證初級和次級繞組Ns1每層都能繞滿，將初級繞組匝數(shù)修正為60匝，初級繞組和輔助繞組線徑為0.3，匝數(shù)不變，且將次級繞組Ns1更換為線徑0.5的漆包線，采取9線并繞，如下圖所示

選題不錯，板凳等元件板子還有測試！