第二章 方案的确定2.1 变换器的设计指标2.1.1 正激变换器的设计指标输入电压：DC41V ～DC51V输出电压：DC12V输出电流：5A效率: η≥80%电压调整率：Su ≤1.5%负载调整率：S I ≤1.5%2.1.2 辅助电源（反激）的设计指标输入电压：DC41V ～DC51V输出电压：DC17V输出电流：0.5A效率: η≥87%第三章 正激电路设计这里UC3844的振荡器选择R T =R 8=12k Ω,C T =C 19=1000PF ，则KHZ C R f T T osc 15010100010128.18.1123=⨯⨯⨯==- (3-1) 所以6脚的输出频率（驱动频率）为：KHZ f f osc 7521== (3-2) 3.3 主电路设计主电路的设计主要包括变压器、电感和MOS 管的设计。

3.3.1 主电路中变压器的设计变压器是利用互感应实现能量或信号传输的器件。

在开关电源主电路中，变压器用于输入输出之间隔离及电压变换。

开关电源中使用磁性元件比较多，这其中包括作为开关电源核心的高频功率变压器、驱动变压器、电流互感器、低压辅助电源变压器以及各种滤波电感等，通常把这些统称为电子变压器，他们是电力电子电路中储能、转换以及隔离所必备的元件。

磁性元器件在整个的开关电源中所占的比重很大，对于开关电源的质量、体积、成本以及效率都有很显著的影响，特别是高频功率变压器，它对于整个开关电源的性能更是有着举足轻重的影响[16]。

高频变压器具有电压变化、电气隔离和能量传输三项主要功能，是开关电源的核心部件，它的设计和计算也是最复杂的。

在能量传输方面，高频变压器有两种方式:一是变压器传输方式，即加在一次绕组上的电压，在磁心中产生了磁通变化，使二次绕组产生感应电压，从而达到使能量从变压器的一次侧传输到二次侧的目的;另一种是电感器传输方式，即在一次绕组上施加电压，会产生励磁电流并且使磁心磁化，并将电能转变成磁能存储起来，而后通过去磁可以使二次绕组产生感应电压，从而达到将磁能变换为电能释放给负载的效果,下面就是变压器设计的过程[17]。

1.铁芯材料的选取在设计高频变压器的时候，应当首先从选择磁心开始，然后再确定绕组的匝数。

在设计的过程中，需要了解与磁心相关的多种特性以及参数，并且需要进行多种参数的计算和校验。

不同工作频率的变压器，可以选择不同磁性材料的铁芯和不同的铁芯规格。

选择铁芯的材料和规格，除了根据变压器的工作频率和功率容量以外，还要考虑铁芯的损耗和温升，并在合理控制变压器体积的基础上，尽量降低其成本。

目前广泛应用的磁性材料主要有硅钢片、铁氧体、非晶态合金、微晶合金和铁粉芯等。

铁氧体的电阻率可以做得很高，因此高频损耗小，工作频率高。

另外铁氧体工艺性能好，价格便宜，性价比高。

比较适应十中小功率的脉冲变压器的设计。

本次设计选用的是磁性材料是PC40，其Bs=0.39T ，Br=0.055T ，所以取T B B B r s 335.025.0=-<=∆，满足条件。

2.AP 公式在开关电源中，高频变压器的磁心尺寸的选择与其工作频率、输出功率、电路结构以及绕组匝数等许多的因素都有关系，是整个高频变压器设计工作的难点。

而在设计高频变压器的时候，面积乘积法是最为常用的方法，通常也简称AP 法。

由电磁感应定律得：dtNAedB dt d N dt d d di L E Vin t L =Φ====ϕ (3-3) BAe VinDT AedB Vindt Np ∆==(3-4) 另外从窗口能否够用得： KpKuAw Np J I prms= (3-5)其中J 为电流密度，prms I 为电流有效值，10<<Ku ，Ku 为填充系数，Kp 为原边面积系数。

所以 prmsI KpKuAwJ N = (3-6) 从而 prmsI KuAwJ Bf Ae VinD =∆ （3-7) 令 Ap=AeAw, ∴BJ fKpKu VinDI Ap prms∆= (3-8)按照Ap 值选择一个比实际所需Ap 大的变压器型号，式中Ae 为铁芯磁路面积，Aw 为铁芯窗口面积，B ∆为铁芯材料所允许的最大磁通密度的变化范围，f 为开关频率。

令Kt i i prms avg in =)(,Kt 为均方根电流系数。

∴BfKpKuKtJPinD BJ fKpKuKt VinDI Ap avg in ∆=∆=)( （3-9） 令KpKuKt=K ´为拓扑系数，再令D=Dmax=0.5，温升30ºC 时，J=2125.4/10450m A Ap o -⨯，Ap 取4cm因此 4125.04`10450Bfk 5.0cm ApPin Ap --⨯∙∆= 4143.1`1.11cm BfK Pin Ap ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆= （3-10）假设变压器的效率为85%。

所以本次设计的变压器的实际所需Ap 值： 4143.133176.0114.0107525.085.0601.11cm Ap =⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=（3-11）为了使铜线能够很好地绕制，本次设计的变压器选择的型号是EE40（Ae 为1.28cm 2，Aw 为1.08mm 2），其Ap=1.38cm 4值远大于实际制作的变压器的，所以满足条件。

3.确定变压器的原副边匝数由于UC3844的最大占空比为0.5，所以本次设计先假设Dmax=0.4由电磁感应定律得： dt AedB N E Vin P == （3-12） ∴BAe VinDT AedB Vindt Np ∆== （3-13）又由于取T Bm 25.0=∆，所以原边匝数： 5.9107525.0101284.05736=⨯⨯⨯⨯⨯=-Np （3-14） 变压器的匝数比： 1124.041(min)max +⨯=+==fwd V Vo D Vin Ns Np n =1.26154 （3-15） 所以副边匝数： 53.726154.15.9===n N N ps （3-16） 由于匝数是整数，所以取Ns 为8匝，重新核算原边匝数Np ：Np=Ns ⨯n=10.09,所以取Np 为11匝。

重新核算实际的占空比，由电路一个周期内，通过电感的电流代数和为零得： ()()T D V V T D Vo V V Np Ns fwd o fwd in max max 1-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--（3-17） 其中，fwd V 为二极管的压降∴Dmax=0.436<0.5，满足要求。

4.原边线径Dp由于温升30ºC 时，22125.0/08.4/5.4mm A mm A Ap J ==- （3-18）所以可以选择J=4.00A/mm 2。

原边电流有效值：A D I NpNs I on prms 4.2max == （3-19） 所以原边横截面积： 26.0mm J I Ap prms ==（3-20）所以原边线径：mm Ap Ds 8743.04==π （3-21）而集肤效应的集肤为：mm f 2738.0107575753=⨯==δ （3-22）且D>2δ，所以要考虑集肤效应。

可以选择多股并绕，所以选择线径为0.53mm 的铜线，由于7.253.08743.02=⎪⎭⎫ ⎝⎛，即原边采用线径为0.53的铜线3股并绕。

5.副边线径Ds副边的电流有效值： A D I I on srms 30.3max == （3-23）所以副边的横截面积：2825.0mm JI As srms == （3-24） 因此副边的线径： mm AsDs 0252.14==π （3-25）由于线径很大，所以要考虑集肤效应，可以也选择线径为0.53mm 的铜线，由于7.353.00252.12=⎪⎭⎫ ⎝⎛，即副边采用线径为0.53mm 的铜线4股并绕。

6.磁复位绕组磁复位绕组绕组取与原边相同的匝数，即11匝，可以取线径为0.33mm 的铜线，而且要与原边并绕，这样耦合系数接近1。

综上本次主电路中的变压器参数为：原边为11匝，采用线径为0.53的铜线3股并绕；副边为8匝，采用线径为0.53mm 的铜线4股并绕；磁复位为11匝，采用线径为0.33mm 的铜线，图3-2是实际制作完成的变压器。

图3-2 实际制作完成的变压器3.3.2 主电路中电感的设计电感量L 也称作自感系数,是表示电感组件自感应能力的一种物理量.当通过一个线圈磁通(即通过某一面积的磁力线数)发生变化时,线圈中便会产生电势,这是电磁感应现象.所产生的电势称感应电势,电势大小正比于磁通变化的速度和线圈匝数.当线圈中通过变化的电流时,线圈产生的磁通也要变化,磁通掠过线圈,线圈两端便产生感应电势,这便是自感应现象,自感电势的方向总是阻止电流变化的,犹如线圈具有惯性,这种电磁惯性的大小就用电感量L 来表示.L 的大小与线圈匝数,尺寸和导磁材料均有关,采用硅钢片或铁氧体作线圈铁芯,可以较小的匝数得到较大的电感量.L 的基本单位为H(亨)实际用得较多的单位为mH(毫亨)和uH(微亨) 1H=103mH=106uH 。

1.电感的感值本次设计选择的频率f=75KHZ ，取临界连续时，on oc I I %10≤，所以()()T D V V DT Vo V V Np Ns fwd o fwd in -+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--1 ∴in fwd o s p V V V N N D +∙=（3-26） ∴304.0(max)min =∙+=s p in fwdo N N V V V D ，而Dmax=0.436，所以变换器工作在连续区。

而临界连续时，电感的电流： ()D LfV V i I fwd o L oc -+=∆=12121 ∴()()H f I D V V L oc fwd o l μ9.1181.021min (max)=⨯-+=（3-27）所以取L=119H μ。

2.电感的线径 流过电感的电流有效值：A I lrms 5≈,而J=4A/mm 2所以电感线圈的横截面积：28.0mm J I A lrms L ==（3-28） 线径: mm A D L L 010.14==π,由于要考虑集肤效应，所以仍然采用0.53mm 的铜线绕制，由于63.353.0010.12=⎪⎭⎫ ⎝⎛，所以采用4股并绕。

3.电感的匝数N L流过电感的峰值电流：(max)(max)21L on lpk i I i ∆+= （3-28） A 5.5=由电磁感应得： dtAedB N dt di L E L L == ∴AedB Ldi N L L =AeBm Li Lpk = （3-29） 4.2025.01285.5119=⨯⨯=所以取21匝。