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一种原边反馈反激变压器的设计 刘帅刚 聂彦【摘 要】论述了原边反馈反激变换器相比于传统反激变换器的优点针对原边反馈技术在消费者电子充电器领域的应用，推导了一种断续电流模式（DCM）下，准谐振谷底开通原边反馈反激变压器关键参数的确定方法，并给出了设计实例，有利于原边反馈反激变压器的快速设计关键词】原边反馈 断续电流模式 变压器反激式变换器以电路简单，成本低廉以及效率高的优点，被广泛应用于中小功率的开关电源中[1]在消费者电子充电器的应用领域，空间、成本是必须考虑的问题传统的反激式变换器，需要TL431、PC817这样的反馈回路来控制输出电压的高低，而PC817的寿命问题，降低了变换器的可靠性；原边反馈反激变换器通过检测辅助绕组上的电压控制输出电压，省去TL431、PC817，不仅提高了可靠性，节省了空间、成本[2]，而且通过PWM+PFM调制方式，使变换器在轻载下工作在低频状态，降低了轻载的功率损耗，因此在消费电子的充电器领域有广阔的应用前景变压器的设计关乎原边反馈芯片电压拐点的采样，直接影响电路是否能正常工作，是原边反馈反激变换器设计中最重要的部分本文针对DCM模式，详细推导了原边反馈反激变压器的设计方法，并给出了设计实例。

1原边反馈反激变换器的原理原边反馈反激变换器原理图1所示，Lp是原边电感，Llk是原边的漏感，Cp是开关管的寄生电容；驱动、二极管D1和辅助绕组波形图2所示，Vg是开关管的驱动电压，ID是流过整流管D1的电流，Vaux是辅助绕组的电压电路结构和传统反激式变换器一样，区别在于对输出电压的采样方式不同：传统反激是从副边输出电压采样，通过稳压器、光电耦合器控制芯片占空比，从而调节输出电压；原边反馈反激是检测辅助绕组的电压拐点，通过电阻分压来控制芯片的占空比和频率，从而调节输出电压图2是DCM模式下变换器的波形，Ton阶段：开关管导通，原边电感激磁，二极管D1、D2截止，变压器原边电感及漏感储能；Tdem阶段：开关管截止，漏感储存的能量通过和Cp谐振释放，二极管D1导通，变压器原边复位，同时二极管D2导通，为芯片供电t2时刻复位结束，芯片通过采集此时的拐点电压，来反映输出电压的变化，通过芯片调节占空比、频率实现稳定输出电压；Tr阶段：开关管截止，二极管D1截止，原边电感和Cp谐振，由芯片检测，控制在谷底使开关管导通，降低开关管的导通损耗2 变压器的设计DCM模式，原边反馈控制芯片，有CC（恒流）/CV（恒压）两种控制方式，CC控制方式下变压器原边复位时间和周期的比值是定值，实现恒流输出；CV控制方式下输出电压调节只需改变f的大小。

变压器在最大占空比处更容易进入饱和状态，所以应该在最大占空比处设计变压器的各项参数原边感量和安匝数的大小，影响电路最大工作频率，是原边反馈变压器设计中的重点1）原边感量的确定：式中 为导通占空比，为原边复位时间与周期的比值，（N为奇数）为谐振时间与周期的比值，得：（2）原副边匝比：式中Vf是二极管D1的压降，通常为0.5-0.7V3）原边最大峰值电流：（4）磁芯的选择：磁芯的材料有硅钢片、非晶合金、磁粉芯、铁氧体等，在开关电源中应用最多的就是铁氧体，铁氧体又主要包括锰锌和镍锌铁氧体，前者主要应用在1MHz以下，后者适合用在1MHz以上[3]，本文磁芯材料选择锰锌铁氧体常用磁芯尺寸的选择方法有AP法、几何参数法AP法计算严谨，理论计算结果和实际值契合度高，利于实现变压器磁芯的最优化设计，有更好的指导意义，所以本文选用AP法来选择变压器的磁芯由得式中Wa为窗口面积；Ae为有效磁路截面积；K为窗口系数，一般取0.2-0.4；Bm为最大磁通密度，一般取（0.2-0.3）T；J为绕组电流密度，一般取（4-10）A/mm2根据求得的AP值选择合适的磁芯，尽量选择窗口长宽比比较大的磁芯，这样磁芯的窗口利用系数大，同时可以减小漏感。

5）原副边匝数：辅助绕组匝数：式中Aeo为实际选择磁芯的有效磁路截面积，V1为芯片工作电压，Vf1为二极管D2的压降6）气隙：反激变压器一定要加入气隙，这样变压器才不容易饱和[4]7）漏感的抑制对原边反馈反激变换器，漏感的谐振不仅增大开关管电压应力，降低变换器效率，而且可能会引起拐点电压检测错误，使电路不能正常工作，引起芯片的误操作所以抑制漏感的影响在原边反馈反激变换器中同样重要主要从两个方面解决，一是减小变压器的绕制漏感，主要采用三明治绕法、Z型绕线方法；二是在变压器原边增加吸收电路，可用RCD吸收电路原边反馈是通过检测辅助绕组上的电压来反映输出电压的变化，所以同时要保证副边和辅助绕组高的耦合度3 设计实例原边反馈变换器最大工作频率由芯片限定，所以最大工作频率的选择要依据芯片允许的最大频率来确定，设计时必须先选定芯片本文采用UCC28700芯片，输入电压（V）： 85—265（单相交流）输出电压（电流）： 5V（1.2A）工作效率（%）： 90输入电源频率（Hz）： 50最大开关频率（KHz）： 120表1是计算出的变压器的设计参数，按照参数绕制变压器，测得辅助绕组、取样电阻Rs的波形如图3所示。

图3是满载下的波形，此时开关管是在第二个谷底附近导通，工作效率87.3%，频率118KHz，电路中的损耗没达到要求，还需要进一步降低，整体基本符合设计指标要求表明文中变压器的设计方法符合实际情况，可以较好的指导原边反馈反激变压器的设计，有实用价值图3 辅助绕组和取样电阻Rs的波形4 结语本文从原理出发，推导了原边反馈反激变压器关键参数的确定方法，通过设计实例，验证了此方法有较好的实用性，可以用在消费电子充电器设计中，为快速设计原边反馈反激变压器提供了指导参考文献：[1]Maniktala S.Switching Power Supplies A to Z [M].England： Oxford Elsevier Inc，2006.[2]邱建平，林玲，何乐年.反激式开关电源控制芯片中的高精度原边反馈技术[J].电路与系统学报，2013，01：403-407.[3]周洁敏，赵修科，陶思钰.开关电源磁性元件理论与设计[M].北京：北京航空航天出版社，2014（1）：70-96.[4]张忠仕，汪伟，陈文 等.开关电源变压器磁芯气隙量的计算[J].磁性材料及器件，2008，39（1）：53-56.[5]Texas Instruments. UCC2870x Constant-Voltage， Constant-Current Controller with Primary-Side.Regulation[EB/OL].http：//x -全文完-。