开关电源变压器计算公式的最全整理

在电子专业里，经常能看到变压器的身影，变压器是一种供电所常用的机器，它的主要作用是改变电压。变压器的工作原理其实很简单，就是通过电磁感应让交流电的电压发生改变。其主要构件包括初级线圈、次级线圈、铁芯。其实变压器的作用不只是改变电压那么简单，它的作用还包括电压变换电流变化等。

 

接下来，小编为大家整理了开关电源变压器相关的计算公式，赶紧收藏起来吧！

1、确定系统规格

最小AC输入电压：VACMIN，单位：伏特。

最大AC输入电压：VACMAX，单位：伏特。

输入电压频率：fL，50Hz或者60Hz。

输出电压：VO，单位：伏特。

最大负载电流：IO，单位：安培。

输出功率：PO，单位：瓦特。

电源效率：η，如无数据可供参考，则对于低电压输出（低于6V）应用和高电压输出应用，应分别将η设定为0.75~0.79和0.8~0.89。

计算最大输入功率：PIN，单位：瓦特。

2、直流电压范围（VMIN、VMAX）

最小直流输入电压VMIN

其中，

fL为输入交流电压频率（50Hz/60Hz）；

tC为桥式整流大额导通时间，如无数据可供参考，则取3ms；

所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。

最大直流输入电压VMAX

3、相应工作模式和定义电流波形参数KP

图2.2 电流波形与工作模式

当KP≤1，连续模式，如图2.2a；

其中：IR为初级纹波电流，IP为初级峰值电流。

当KP≥1，非连续模式,如图2.2b；

在连续模式设计中，宽电压输入时，设定KP=0.4；230V单电压或者115V倍压整流输入时，设定KP=0.6。在非连续模式设计中，设定KP=1。

4、确定反射的输出电压VOR和最大占空比DMAX

反射电压VOR设定在80V~110V。

连续模式时计算DMAX：

非连续模式时计算DMAX：

其中，设定CR5842外接功率MOSFET漏极和源极VDS=10V。

5、用产品手册选择磁芯材料，确定ΔB大小

选择有磁芯材料应该考虑高Bs，低损耗及高ui 材料，还要结合成本考量；见意选项用PC40以上的材质。为了防止出现瞬态饱和效应以低ΔB设计:

式中：ΔB为最大磁通密度摆幅，Bs为饱和磁通密度，Br为剩磁，BM为最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范围之内，若BM＞0.3T，需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数NP，范围之内。如BM＜0.2T，就应选择尺寸较小的磁芯或减小初级匝数NP值。

6、确定合适的磁芯

实际上，磁芯的初始选择肯定是很粗略的，因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商提供的磁芯选择指南。如果没有可参考资料，可采用下面作为参考。                          

传递功率：

电流密度：

绕组系数：

式中，AP单位为mm4，Aw为窗口面积，Ae为磁芯的截面积，如图2.3。ΔB为正常操作状态下的最大磁通密度（单位：特拉斯（T））。为了防止磁芯因高温而瞬间出现磁饱和，对于大多数功率铁氧体磁芯的尺寸越大Ae越高，所做的功率就越大。

图2.3：磁芯窗口面积和截面积

7、估算DCM/CCM临界电流IOB

8、计算初级绕组与次级绕组匝数比

其中，NP和NS分别为初级侧和次级侧匝数。VO为输出电压，VF为二极管正向电压：对超快速PN结二极管选取0.7V，肖特基二极管选取0.5V。VDCMIN为最小输入直流电压，DMAX为设置的最大占空比， VOR 为反射电压。

9、计算DCM/CCM临界时副边峰值电流ΔISB：

10、计算CCM状态下副边峰值电流ΔISP：

11、计算CCM状态时原边峰值电流ΔIPP：

12、计算副边电感LS及原边电感LP：

由于此电感值为临界电感，若需要电路工作于CCM则可增大此电感值，若需要工作于DCM则可适当调小此电感值。

13、确定原边最小NP匝数与副边NS匝数：

其中单位分别为特拉斯、安培、微亨、平方厘米,，如无参考数据，则使用

以特拉斯(T)为单位。

14、次级绕组和辅助绕组

初级绕组与次级绕组匝数比：

其中，NP和NS分别为初级侧和次级侧匝数。VO为输出电压，VD为二极管正向电压：对超快速PN结二极管选取0.7V，肖特基二极管选取0.5V。

然后确定正确的NS，使得最终的NP不得小于NP,MIN。有的时候最终的NP比NP,MIN大得多，这就需要更换一个大的磁芯，或者在无法更换磁芯时，则通过增加KP值来减小LP，这样，最终的初级侧匝数也会减小。

辅助绕组匝数

其中，VDD为辅助绕组整流后的电压，VDB为偏置绕组整流管正向电压；

考虑到系统在满载和空载转变瞬间，由于能量瞬间导致VDD下冲误触发UVLO，在系统允许的输入电压范围内且输出为空载时，建议VDD 按13V来计算。

确定磁芯气隙长度：   

其中，Lg单位为毫米，Ae单位为平方厘米，AL为无间隙情况下的AL值，单位为纳亨/圈2，LP单位为微亨。

通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值，因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的Lg值，请咨询变压器供应商以获得指导。

15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。

当导线很长时（＞1m），电流密度可以取5A/mm2。当导线较短且匝数较少时，6~10A/mm2的电流密度也是可取的。应避免使用直径大于1mm的导线，防止产生严重的涡流损耗并使绕线更加容易。对于大电流输出，最好采用多股细线并绕的方式绕制，减小集肤效应的影响。

检查一下磁芯的绕组窗口面积是否足以容纳导线。所需的窗口面积由以下公式给出：

式中，AC为实际的导体面积，KF为填充系数。填充系数通常为0.2~0.3。

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