最基礎的反激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖。

 

 

在這一電路係統中
，Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控製開關
，C是儲能濾波電容，R是負載電阻。下圖是反激式變壓器開關電源的電壓輸出波形。

 

 

開關電源變壓器和開關管一起構成一個自激（或他激）式(shi)的(de)間(jian)歇(xie)振(zhen)蕩(dang)器(qi)
，從(cong)而(er)把(ba)輸(shu)入(ru)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)調(tiao)製(zhi)成(cheng)一(yi)個(ge)高(gao)頻(pin)脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya)。在(zai)反(fan)激(ji)式(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)，當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)
，變(bian)壓(ya)器(qi)把(ba)電(dian)能(neng)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)磁(ci)場(chang)能(neng)儲(chu)存(cun)起(qi)來(lai)，當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)截(jie)止(zhi)時(shi)則(ze)釋(shi)放(fang)出(chu)來(lai)。在(zai)正(zheng)激(ji)式(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)，當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)
，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)直(zhi)接(jie)向(xiang)負(fu)載(zai)供(gong)給(gei)並(bing)把(ba)能(neng)量(liang)儲(chu)存(cun)在(zai)儲(chu)能(neng)電(dian)感(gan)中(zhong)。當(dang)開(kai)關(guan)管(guan)截(jie)止(zhi)時(shi)，再(zai)由(you)儲(chu)能(neng)電(dian)感(gan)進(jin)行(xing)續(xu)流(liu)向(xiang)負(fu)載(zai)傳(chuan)遞(di)。

 

 

變壓器的初級電感量是202uH
，參與耦合的卻隻有200uH
，那麼有2uH是漏感。次級是50uH，沒有漏感。變壓器的電感比是200：50，那麼意味著變壓器的匝比NP/NS=2：1設定瞬態掃描，時間10ms，步長10ns，穩態時的波形：

 

 

t0時刻，MOS開通，初級電流線性上升。

 

t1時刻，MOS關斷
，初級感應電動勢耦合到次級向輸出電容轉移能量。漏感在MOS上產生電壓尖峰。輸出電壓通過繞組耦合，按照匝比關係反射到初級。這些和CCM模式時是一樣的。這一狀態維持到t2時刻結束。

 

t2時shi刻ke，次ci級ji二er極ji管guan電dian流liu，也ye就jiu是shi次ci級ji電dian感gan電dian流liu降jiang到dao了le零ling。這zhe意yi味wei著zhe磁ci芯xin中zhong的de能neng量liang已yi經jing完wan全quan釋shi放fang了le。那na麼me因yin為wei二er管guan電dian流liu降jiang到dao了le零ling
，二er極ji管guan也ye就jiu自zi動dong截jie止zhi了le

，次ci級ji相xiang當dang於yu開kai路lu狀zhuang態tai，輸shu出chu電dian壓ya不bu再zai反fan射she回hui初chu級ji了le。由you於yu此ci時shiMOS的Vds電壓高於輸入電壓，所以在電壓差的作用下
，MOS的結電容和初級電感發生諧振。諧振電流給MOS的結電容放電。Vds電壓開始下降
，經過1/4之一個諧振周期後又開始上升。由於RCD箝位電路的存在，這個振蕩是個阻尼振蕩
，幅度越來越小。

 

t2到t3時刻，變壓器是不向輸出電容輸送能量的。輸出完全靠輸出的儲能電容來維持。

 

t3時刻，MOS再次開通，由於這之前磁芯能量已經完全釋放
，電感電流為零。所以初級的電流是從零開始上升的。

 

 

繞組的電壓關係——變壓器基本特性

 

法拉第定律:

 

 

根據法拉第定律
，得出輸入輸出電壓的關係：匝數比

 

 

楞次定律---變壓器的電流關係

 

閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發的磁場來”阻礙”引起感應電流的磁通量的變化。

 

 

可用作變壓器磁芯的軟磁材料

 

 

鐵氧體材料的選擇

 

選擇磁性材料的關鍵點：

 

Ａ：磁心的飽和磁密度

 

Ｂ：磁心的損耗(儲能與放能之差)

 

關於飽和磁密度：

 

磁(ci)飽(bao)和(he)是(shi)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)的(de)一(yi)種(zhong)物(wu)理(li)特(te)性(xing)
，指(zhi)的(de)是(shi)導(dao)磁(ci)材(cai)料(liao)由(you)於(yu)物(wu)理(li)結(jie)構(gou)的(de)限(xian)製(zhi)，所(suo)通(tong)過(guo)的(de)磁(ci)通(tong)量(liang)無(wu)法(fa)無(wu)限(xian)增(zeng)大(da)，從(cong)而(er)保(bao)持(chi)在(zai)一(yi)定(ding)數(shu)量(liang)的(de)狀(zhuang)態(tai)。

 

磁(ci)飽(bao)和(he)是(shi)一(yi)種(zhong)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)的(de)物(wu)理(li)特(te)性(xing)

，磁(ci)飽(bao)和(he)產(chan)生(sheng)後(hou)，在(zai)有(you)些(xie)場(chang)合(he)是(shi)有(you)害(hai)的(de)，但(dan)有(you)些(xie)場(chang)合(he)有(you)時(shi)有(you)益(yi)的(de)。比(bi)方(fang)磁(ci)飽(bao)和(he)穩(wen)壓(ya)器(qi)，就(jiu)是(shi)利(li)用(yong)鐵(tie)心(xin)的(de)磁(ci)飽(bao)和(he)特(te)性(xing)達(da)到(dao)穩(wen)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)目(mu)的(de)的(de)。電(dian)源(yuan)變(bian)壓(ya)器(qi)，如(ru)果(guo)加(jia)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)大(da)大(da)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)
，則(ze)電(dian)流(liu)劇(ju)增(zeng)，變(bian)壓(ya)器(qi)很(hen)快(kuai)就(jiu)會(hui)發(fa)熱(re)燒(shao)毀(hui)。

 

假定有一個電磁鐵
，通上一個單位電流的時候
，產生的磁場感應強度是1，電流增加到2的時候，磁感應強度會增加到2.3，電流是5的時候
，磁感應強度是7，但是電流到6的時候，磁感應強度還是7
，如果進一步增加電流
，磁感應強度都是7不再增加了
，這時就說，電磁鐵產生了磁飽和。

 

有磁芯的電感器有磁飽和問題, 在電感器中加鐵氧體或其他導磁材料的磁芯, 可以利用其高導磁率的特點, 增大電感量減少匝數減小體積和提高效率. 但是由於導磁材料物理結構的限製, 通過的磁通量是不可以無限增大. 通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數量將不再增加, 不管你再增加電流或匝數, 就達到磁飽和了. 尤其在有直流電流的回路中, 如果其直流電流已經使磁芯飽和, 電流中的交流分量將不能再引起磁通量的變化. 電感器就失去了作用.

 

B-H曲線

 

用圖形來表示某種鐵磁材料在磁化過程中磁感強度B與磁場強度H之間關係的一種曲線，又叫B-H曲線。這種曲線可以通過實驗方法測得。B與H之間存在著非線性關係。當H逐漸增大時，B也增加，但上升緩慢（oa段）。當H繼續增大時，B急驟增加，幾乎成直線上升（ab段），當H進一步增大時
，B的增加又變得緩慢，達到c點以後，H值即使再增加，B卻幾乎不再增加，即達到了飽和。不同的鐵磁材料有著不同的磁化曲線，其B的飽和值也不相同。但同一種材料，其B的飽和值是一定的。

 

 

磁場強度和磁感應強度均為表征磁場磁場強弱和方向的物理量

 

磁感應強度是一個基本物理量,較容易理解,就是垂直穿過單位麵積的磁力線的數量.磁感應強度可通過儀器直接測量.磁感應強度也稱磁通密度,或簡稱磁密.常用B表示.其單位是韋伯/平方米（Wb/m^2）或特斯拉（T）

 

 

磁場傳播需經過介質（包括真空）,介質因磁化也會產生磁場,這部分磁場與源磁場疊加後產生另一磁場.或者說,一個磁場源在產生的磁場經過介質後,其磁場強弱和方向變化了

 

為了描述磁場源的特性,也為了方便數學推導,引入一個與介質無關的物理量H,H=B/u0-M,式中,u0為真空磁導率,M為介質磁化強度.這個物理量,就是磁場強度.磁場強度的單位是安/米（A/m）。

 

 

簡單的說：B是結果（最後產生的磁感應結果）、H是外因（外界對介質施加單的磁的強度）。

 

磁損曲線

 

 

不同鐵氧體的使用頻率

 

 

f*B: 表現一個材料在一個頻率下所能通過的B的能力

 

A.頻率提高, 磁能材料能夠通過功率的能力提高

 

B.頻率提高到一定程度,會有一個更好的高頻材料來接替

 

磁心的選擇

 

磁心的Bmax的選擇方法

 

一般情況下，需通過設計保證Bm（最大磁通密度）小於或遠小於Bs（飽和磁通密度），而工作磁通密度是-Bm~Bm間的任意一個數值。特殊情況下，可有Bm=Bs

 

一般情況下

 

fs<150KHz,Bmax取決於Bs,

 

假設fs=100KHz,取Bs的80%為基準,材質3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT

 

fs>300KHz, Bmax取決磁損Pcv

 

假設頻率fs=400KHz,取單位磁損為300mw/cc,材質N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mT

 

fs在150K至300K之間時, Bs和Pcv都考慮,取其小值.

 

假設頻率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv<300mw/cc

 

B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT,

 

取B1和B2中的小值作為Bmax=136mT

 

不同特性的鐵氧體材質

 

 

選擇磁心的形狀

 

 

磁心的選擇

 

磁性材料的選擇依據

 

1.工作頻率範圍

2.飽和磁密大小

 

磁心形狀的選擇依據

 

1.功率密度的要求

2.成品高度的限製

3.繞組的多少

4.線包的引出線形式

 

繞組的結構

 

 

導線:

 

 

 

高頻交流損耗

 

 

使用工具估算繞組的損耗

 

 

漏磁通與漏感

 

 

漏感的估算

 

 

變壓器的設計

 

 

AP法介紹

 

 

雙管正激變壓器的設計

 

 

設計參數

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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