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2021-04-03
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变压器设计
高效率反激变换器大部分设计技巧隐藏在变压器里
绕组结构和磁决定变压（换）器性能是绕组结构在决定运行参数
绕组结构的约束条件：
●窗口约束
原边副边窗口分配用铜量大致相等，满足几何和能量的大致对应。技巧是分配要合理、线包要基本饱满。
●三明治约束
二夹一的意思，是降低漏感的重要措施，技巧是减少EMC结构、安规结构的不利影响，耦合要紧密。还需注意气隙对绕组的影响、磁芯作为导体的影响，辅助绕组的结构和位置。
●整层约束
是降低漏感最重要的措施，技巧是无论如何都要整层密绕、少半匝都不行，均绕不行、半层更不行，匝数太少就双线或多线并绕、或者用与槽宽等宽的铜箔叠绕。
绕组结构设计可以归结为平面几何问题。设计目标是漏感最小化、气隙最小化，需要较多的经验、技巧、时间、智慧、精力才能达成。是反激变换器设计的重点，也是高效率反激设计的关键所在。
漏感的设计标杆：1%，否则不能实现高效率。
绕组结构决定运行参数：
●一个绕组结构最终与原边副边匝数相对应，其匝比决定反射电压 ：
●反射电压决定原边MOS和副边二极管电压应力（不含尖峰部分）：
● 有了反射电压即可算出原边电流应力：
●由此得到原边电感量：
●基于临界模式的最大PWM特征周期：
●与之对应的最低特征频率和最大占空比：
磁参数优化：
磁芯选择
给出一个（PC40材质的）磁功率应力的经验公式：
●可由此大致判断（λ=1）磁芯是否合适。高效率的设计要求磁应力不能太紧张，也就是变压器（包括绕组和磁芯）的发热不要成为整个电源最突出的。当热应力突出时，应增加磁芯的 Ae.B 或者使用更好的材质。
磁芯型号也有影响，骨架槽宽 B 越大于槽深 H 的偏平窗口由于越容易满足整层约束而更有利于减少漏感。
磁饱和强度Bs
优化方向是Bs值最优化，约束条件是磁芯品质，可按 Bs（或原边电感量 Lp）扩大20%～30%余量后 Ipk 波形可见临界饱和迹象为判据确定Bs取值。更高的Bs取值，对应更小的气隙、更小的漏感，更小的尖峰电压、可能更高的整机效率。但太高的Bs取值会使上述余量更小、磁芯的品质控制困难、成品率降低。
Bs不能靠估计，要实测。Bs有个最佳值，PC40材质，大约为0.3T，偏离这个最佳值都会降低效率。
运行参数优化：
匝比 Np/Ns，反射电压 Vr
优化方向是匝比和反射电压最优化，约束条件是原边电压应力（即MOS管耐压）。更大的匝比对应更高的反射电压Vr、更小的峰值电流 Ipk、可能更小的漏感、更大的最大占空比 Dmax、更低的副边电压应力Vs（以便使用最低耐压的肖特基）。但反射电压太高会导致开关电压应力及开关损耗增加，抵消以上效应，应适可而止
原边匝数Np
优化方向是原边匝数最优化，约束条件是磁损和开关损耗。更少的原边匝数，对应更小的气隙、更小的漏感绝对值、更小的尖峰、更小原边电感量 Lp、更高的特征频率 Fo、更低的铜损、更大的磁损、更大的开关损耗、可能更高的输入电压低端效率、可能更低的输入电压高端效率。根据这些表现，优化到佳值。
电路优化配合
一个好的变压器设计出来以后，需要电路与之配合，才能充分发挥高效率特性
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