首先呢，任何開(kāi)發(fā)的第一步就是提出設(shè)計(jì)要求，既然是第一次設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源，我就不先為難自己了，先做一個(gè)簡(jiǎn)單的反激開(kāi)關(guān)電源

輸入電壓： 220VAC  ±20%

輸出：5V/4A

效率：80%(先假設(shè)吧)

工作頻率： 50kHz

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

首先根據(jù)開(kāi)關(guān)的耐壓來(lái)設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)管，保留30V的安全余量，也就是說(shuō)，反射電壓Vor + 最大直流電壓Vdc（max) + 漏感尖峰不超過(guò)570V

 假設(shè)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(jué)這么大呢，

Vor + Vdc（max) + Vdc(max) x 0.3 = 570, 計(jì)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(shè)為0.7V， Np為反激變壓器初級(jí)匝數(shù)，Ns為次級(jí)匝數(shù) ,計(jì)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(duì)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，開(kāi)關(guān)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(dǎo)通電壓與導(dǎo)通時(shí)間的乘積等于變壓器關(guān)斷電壓與復(fù)位時(shí)間的乘積，既Von x Ton = Voff x Tr ， Tr為反激變壓器的復(fù)位時(shí)間，該開(kāi)關(guān)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(jí)繞組導(dǎo)通電壓Von = Vdc(min) - Vq , Vq為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通壓降，假設(shè)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(shí)際上是一種多繞組的電感器，其存儲(chǔ)的能量為Ip^2 x Lp / 2, Ip為初級(jí)電流， Lp為初級(jí)電感，反激變壓器將絕大部分存儲(chǔ)的能量傳遞給負(fù)載，負(fù)載消耗的能量為Po x T，設(shè)計(jì)說(shuō)明中已經(jīng)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(shè)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(jiǎn)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(jí)電流線性上升，當(dāng)t等于Ton時(shí)電流最大， 而初級(jí)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(jí)峰值電流

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

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

我這也是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣

在給電路中打算使用UC3842作為主控芯片，在網(wǎng)上找了很多資料，還是沒(méi)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(shè)值，在最后調(diào)試時(shí)調(diào)整或者優(yōu)化一下，同時(shí)也希望各位高手幫忙檢查一下設(shè)計(jì)方法是否正確，下面進(jìn)入輔助繞組的設(shè)計(jì)，

輔助繞組主要功能就是給主控芯片供電和驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，假設(shè)使用E13003作為開(kāi)關(guān)管，通過(guò)相應(yīng)手冊(cè)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(dǎo)通，取Ibpeak = 2Ib = 0.12x2 = 0.24A, 三極管集電極在導(dǎo)通期間電流線性上升至Ippeak = 0.99A, 假設(shè)輔助供電電壓為15V，三極管驅(qū)動(dòng)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(shè)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(dǎo)出的公式0.5 x Vdcmin^2 x Ton^2 /L = Po x T/η可以計(jì)算出只有輔助繞組時(shí)初級(jí)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(shí)的初級(jí)電流峰值Ipaux = Vonmin x Ton / L = 248 x 4.08/17063.67 = 0.06A

最終初級(jí)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(jí)峰值電流為1.05A,為了保留安全余量，設(shè)開(kāi)關(guān)管標(biāo)稱電流為至少為初級(jí)峰值電流的1.5倍，即開(kāi)關(guān)管標(biāo)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(kāi)關(guān)管，反激變壓器初級(jí)電流波形為初始值為0的三角波，時(shí)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(jí)電流已經(jīng)在上面計(jì)算過(guò)，等于14.85A, 反激變壓器恢復(fù)時(shí)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(jí)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(jì)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(dǎo)線的截面積單位往往是圓密爾，cmil ， 1個(gè)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(shè)每500圓密爾漆包線允許流過(guò)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(jí)繞組導(dǎo)線截面積Sp = 0.25 x Iprms = 0.0625mm2

次級(jí)繞組導(dǎo)線截面積Ss = 0.25 x Isrms = 1.655mm2

輔助繞組導(dǎo)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(gè)是不是算得不對(duì)，應(yīng)該減去約40V的紋波，結(jié)果為209V，對(duì)于220V ±20% 的輸入，Vdcmin一般就取約200V。

        磁芯存儲(chǔ)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(chǎng)強(qiáng)度，H = B/μ, μ為磁芯的磁導(dǎo)率 PC40相對(duì)磁導(dǎo)率約為2300，

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

        當(dāng)磁芯開(kāi)有氣隙后，氣隙也將會(huì)存儲(chǔ)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(chǎng)強(qiáng)度，Hg為氣隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，

如果不考慮氣隙處的雜散效應(yīng)，則磁芯和氣隙通過(guò)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(jí)繞組匝數(shù)，I為初級(jí)繞組峰值電流，整理得

E = 0.5 x B x Ae x N x I

        設(shè)Sw為磁芯的窗口面積，初級(jí)繞組只占這個(gè)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(hào)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(jí)繞組截面積前面已經(jīng)計(jì)算過(guò)，初級(jí)繞組的截面積為Sp = 0.25 x Iprms = 0.25mm2/A x Ip x （Ton/3T)^0.5， 設(shè)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(cè)計(jì)算出的數(shù)據(jù)  

 磁芯型號(hào)         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(dǎo)，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(jí)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(yàn)證所選的磁芯是否可以繞下所有繞組，最簡(jiǎn)單的辦法就是利用AutoCAD畫出一個(gè)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?yàn)槌跫?jí)有74匝，線徑為0.3mm，所有初級(jí)要畫出74個(gè)直徑為0.3mm的圓，并緊密排列，然后將所有繞組畫上，保證沒(méi)有超出矩形邊界，經(jīng)過(guò)比較最后選擇使用EI30磁芯

重新計(jì)算初級(jí)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(jí)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(shè)Rm為磁芯的磁阻，當(dāng)磁芯開(kāi)有氣隙后，總磁阻等于磁芯原有磁阻(不開(kāi)氣隙時(shí)) 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(dǎo)率近似真空磁導(dǎo)率   = (le/uc + lg)/(Ae x u0)如果通過(guò)磨除磁芯獲得氣隙時(shí)， 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(dòng)勢(shì)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(zhǎng)度lg = (Np x Ip x u0 x uc)/(B x （uc - 1)）- le/(uc - 1），因?yàn)殍F磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算出的氣隙長(zhǎng)度，當(dāng)磁芯的中心柱和支柱都開(kāi)有氣隙時(shí) 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(jí)和次級(jí)繞組Ns1每層都能繞滿，將初級(jí)繞組匝數(shù)修正為60匝，初級(jí)繞組和輔助繞組線徑為0.3，匝數(shù)不變，且將次級(jí)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(cuò)，板凳等元件板子還有測(cè)試！