正激變壓器由于儲(chǔ)能裝置在后面的BUCK電感上，所以沒(méi)有Flyback變壓器那么復(fù)雜，其作用主要是電壓、電流變換，電氣隔離，能量傳遞等。所以，我們計(jì)算正激變壓器的時(shí)候，一般都是首先以變壓次級(jí)后端的BUCK電感為研究對(duì)象的，BUCK電感的輸入電壓就是正激變壓器次級(jí)輸出電壓減去整流二極管的正向壓降，所以我們又稱(chēng)正激電源是BUCK的隔離版本。
Q1初次級(jí)匝數(shù)的選擇
以第三繞組復(fù)位正激變壓器為例，一旦匝比確定之后，接下來(lái)就是計(jì)算初次級(jí)的匝數(shù)，論壇里有個(gè)帖子里的工程師認(rèn)為，正激變壓器在滿足滿負(fù)載不飽和的情況下，匝數(shù)越小越好。
其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)，匝數(shù)的多少?zèng)Q定了初級(jí)的電感量（在不開(kāi)氣隙，或開(kāi)同樣的氣隙情況下），而電感量的大小就決定了初級(jí)的勵(lì)磁電流大小，這個(gè)勵(lì)磁電流雖不參與能量的傳遞，但也是需要消耗能量的，所以這個(gè)勵(lì)磁電流越小電源的效率越高；再說(shuō)了，過(guò)少的匝數(shù)會(huì)導(dǎo)致deltB變大，不加氣隙來(lái)平衡的話，變壓器容易飽和。
Q2無(wú)論是單管正激還是雙管正激，都存在磁復(fù)位的問(wèn)題。
且都可以看成是被動(dòng)方式的復(fù)位。復(fù)位的電流很重要，如果太小了復(fù)位效果會(huì)被變壓器自身分布參數(shù)（主要是不可控的電容，漏感）的影響。復(fù)位電流是因?yàn)殡姼须娏鞑荒芡蛔�，初�?jí)MOSFET關(guān)斷之后，初級(jí)繞組的反激作用，又復(fù)位繞組跟初級(jí)繞組的相位相反，所以在復(fù)位繞組中有復(fù)位電流產(chǎn)生復(fù)位電流關(guān)系到磁芯能否可靠的退磁復(fù)位，其重要性不言自喻；當(dāng)變壓器不加氣隙時(shí)，其初級(jí)電感量較大，復(fù)位電流自然就小。
但在大功率的單管正激和雙管正激的實(shí)際應(yīng)用中，往往需要增加一點(diǎn)小小的氣隙，否則設(shè)計(jì)極不可靠，大功率的電源，一次側(cè)電流很大,漏感引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，B=I*Llik/nAe,就大，加氣隙是為了減小漏感Llik。
Q3正激的占空比主要是取決于次級(jí)續(xù)流電感的輸入與輸出
次級(jí)則就是一個(gè)BUCK電路，而CCM的BUCK線路Vo=Vin*D，跟次級(jí)的電流無(wú)關(guān)
Vo=Vin*D
Vo:輸出電壓，Vin：BUCK的輸入電壓，即正激變壓器的輸出電壓減去整流管的正向壓降，D：占空比在此，輸出電壓是已知的我們只要確定一個(gè)合適的占空比，就可以計(jì)算出BUCK電感的Vin，也就是說(shuō)變壓器的輸出電壓基本就定下來(lái)了。在這特別要提醒大家，占空比D的取值跟復(fù)位方式有很大的關(guān)系，建議D的取值不要超過(guò)0.5。
知道變壓器的輸出電壓Vs之后，那么就可以根據(jù)輸入的電壓來(lái)計(jì)算出變壓器的匝比了，這里要用最低輸入直流電壓來(lái)計(jì)算匝比，因?yàn)樽畹洼斎氲闹绷麟妷簩?duì)應(yīng)最大的占空比。此Vs的電壓對(duì)于選擇次級(jí)整流二極管的耐壓也是一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)。
選擇匝比的時(shí)候請(qǐng)大家注意因?yàn)橛?jì)算出來(lái)的值一般都是小數(shù)點(diǎn)后有一位甚至幾位的值，而我們?cè)趯?shí)際繞制變壓器的時(shí)候，零點(diǎn)幾匝的繞法非常困難，所以盡量取整數(shù)倍的匝比；當(dāng)然，如果計(jì)算變壓器的時(shí)候，變壓器的初次級(jí)匝數(shù)比也不排除剛好是小數(shù)的情況。
正激變壓器加少量氣隙能將電-磁轉(zhuǎn)換中的剩磁清空,磁芯的實(shí)際利用率增加,同時(shí)增加的一點(diǎn)空載電流在大功率電流中所占比例較小,效率不會(huì)受到太大影響,這樣可以讓變壓器不容易飽和,電源的可靠性增加,同時(shí)可以減少初級(jí)匝數(shù),變壓器內(nèi)阻降低,能小體積出大功率.加氣隙也相當(dāng)于增大了變壓器磁芯,但實(shí)際好處(特別是抗飽和能力)是勝于加大磁芯的。加氣隙后,減小的電感量會(huì)被增加的磁芯利用率補(bǔ)回來(lái),而且有余,是合算的不用擔(dān)心。
Q4復(fù)位繞組的位置問(wèn)題
是跟初級(jí)繞組近好呢，還是夾在初次級(jí)之間好？如果并繞，當(dāng)然跟初級(jí)的耦合是最好的，但對(duì)漆包線的耐壓是個(gè)考驗(yàn)！當(dāng)然這不至于直接擊穿。
無(wú)論從EMC角度還是工藝角度來(lái)說(shuō)，復(fù)位繞組放在最內(nèi)層比較好，實(shí)際量產(chǎn)中這是這樣繞的占多數(shù)。
單管正激，如果是市電或有PFC輸出電壓作為輸入的話，MOSFET的最低耐壓是2倍直流母線電壓，再加上漏感的因素，MOSFET建議選800V甚至900V的管子。
Q5大功率的電源中，考慮到可靠性
一般變壓器的余量較大，為避免變壓器飽和，一般將deltB選得較小，一般取0.2以下；由于EMC與MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗考慮，將頻率設(shè)得較低，一般為40KHz以下；大功率電源一般都會(huì)帶主動(dòng)式PFC電路，所以單管或雙管正激拓?fù)涞哪妇�電壓大概是400V左右。
由于上面三個(gè)原因，根據(jù)變壓器匝數(shù)計(jì)算公式Np=Vin*Ton/(deltB*Ae)，可知變壓器的初次級(jí)匝數(shù)較多，而較多的匝數(shù)會(huì)使分布參數(shù)（漏感，分布電容）變大，從而使繞組的交流損耗，特別是直流損耗都變大，在加上大功率變壓器內(nèi)部繞組的散熱特性很差，故繞組溫升相當(dāng)可觀，再加之大功率變壓器的鐵芯散熱面積小，中柱發(fā)熱比兩個(gè)邊柱更嚴(yán)重，而散熱更差，所以鐵芯的損耗導(dǎo)致的溫升也較可觀。較大的鐵損與銅損導(dǎo)致磁芯的溫度上升，從而導(dǎo)致變壓器的磁通密度飽和點(diǎn)下降，如果設(shè)計(jì)的余量不夠，當(dāng)變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下，可能立即飽和從而導(dǎo)致炸管！而加點(diǎn)小氣隙可以減少變壓器的剩磁，從而使避免變壓器在高溫大負(fù)載的沖擊下飽和。
Q6為什么有的變壓器不加復(fù)位繞組，也能正常復(fù)位？
可以利用外部復(fù)位 RCD,LCD,有源鉗位等方式。
Q7正激的占空比主要是取決于次級(jí)續(xù)流電感的輸入與輸出
它是利用變壓器激磁電感與MOSFET結(jié)電容進(jìn)行諧振復(fù)位的，但是所需的電感量和電容量是需要詳細(xì)計(jì)算的，通常需要對(duì)正激變壓器開(kāi)氣隙才行。復(fù)位電流一般都比較小，所以復(fù)位繞組的發(fā)熱也較小，放在內(nèi)層一般一層就可以繞完便于工藝的控制。我做的變壓器一般是復(fù)位，初級(jí)，次級(jí)，輔助。
次級(jí)繞組如果在里面，這繞組所用銅線的單匝長(zhǎng)度小，直流損耗低，但散熱就差了一點(diǎn)，如果在外面的話，則情況相反。
對(duì)于正激電源來(lái)說(shuō)，匝比影響的是占空比，初次級(jí)的峰值電流，匝數(shù)以及次級(jí)儲(chǔ)能電感的電感量。
正激沒(méi)有偏磁和直通的毛病,主要優(yōu)點(diǎn)就是可靠性高.同樣頻率下,正激變壓器磁芯的發(fā)熱量只有橋式的1/3。200W-500W的正激變壓器,可加0.05-0.1MM的氣隙,這樣可以減少初級(jí)匝數(shù),還可適當(dāng)提高頻率,進(jìn)一步減少匝數(shù),以降低導(dǎo)線發(fā)熱量。
正激電源開(kāi)通、關(guān)斷瞬間，初、次級(jí)電流包含哪些成分？穩(wěn)態(tài)之后呢？雙管正激的那兩個(gè)鉗位二極管是在復(fù)位的時(shí)候?qū)�，從而鉗位MOSFET兩端的電壓近似等于直流母線電壓，復(fù)位二極管最好用超快回復(fù)的，最理想的選擇是BYV26C之類(lèi)的管子，UF系列也可以。
Q8硬開(kāi)關(guān)電路
從理論上分析，提高頻率的益處:可以允許使用更少的匝數(shù)或者使用更小型號(hào)的變壓器（同樣型號(hào)的變壓器輸出同樣功率，鐵損將明顯減少），減少電源的體積，增大電源的功率密度。當(dāng)然也有不好的一面：提高頻率將使MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗加大，變壓器繞線的趨膚深度降低，分布參數(shù)的振蕩將更加劇烈，EMI變差。所以，可靠性跟頻率沒(méi)有必然的聯(lián)系，只要將電路處理好，特別是熱設(shè)計(jì)做好了，一般可靠性還是比較高的。
匝比的大小跟輸入的電壓范圍以及占空比有關(guān)。正激與反激不一樣，反激的“電感”變壓器之前，而正激的電感在變壓器之后，所以同樣的占空比下，正、反激的變壓器次級(jí)輸出電壓是不一樣的。次級(jí)完全可以看成一個(gè)BUCK電路，那么這個(gè)BUCK電路的輸入電壓就是變壓器次級(jí)輸出電壓減去整流管的壓降，只要確定好占空比，就可以計(jì)算出電感前端的輸入電壓，即變壓器次級(jí)的電壓，然后通過(guò)占空比凡推出匝比，選好變壓器之后就可以計(jì)算出初級(jí)的匝數(shù)，通過(guò)匝比計(jì)算出次級(jí)匝數(shù)。
在算變壓器的時(shí)候經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵驯然蛟褦?shù)的小數(shù)而有所調(diào)整，這樣先計(jì)算的輸出電感余量不是要再留大些？是的，一般在實(shí)際電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，跟計(jì)算值相比都會(huì)留有一定的余量，而且當(dāng)發(fā)生取值使用近似值的時(shí)候，都需要進(jìn)行反推驗(yàn)證，這樣才能保證電路的工作狀態(tài)在我們的控制之中。正激變壓器在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)存在三個(gè)電流，1.勵(lì)磁電流，I1=VIN*Ton/Lp；也就是Ip中的斜坡電流。這部分電流不傳遞能量，只維持變壓器的電動(dòng)勢(shì)。2.Ip中的平臺(tái)電流I2，這一部分是傳遞能量的。3.次級(jí)感應(yīng)電流I3=n*I2。因?yàn)镮3=n*I2，I2,I3產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，所以在正激變壓器計(jì)算中不考慮。
開(kāi)關(guān)損耗是硬開(kāi)關(guān)電路的硬傷，除非上軟開(kāi)關(guān)，則可以明顯降低開(kāi)關(guān)損耗。硬開(kāi)關(guān)要降低開(kāi)關(guān)損耗的方法有降低開(kāi)關(guān)頻率，加快開(kāi)通與關(guān)斷的速度（使波形上升與下降沿更陡峭），但會(huì)使EMI更差，采用輸入電容小的MOSFET，提升電路的驅(qū)動(dòng)能力等。
雙管正激與單管正激變壓器的計(jì)算方法完全一樣。其實(shí)正激變壓器穩(wěn)態(tài)時(shí)的初級(jí)電流可以通過(guò)變壓器的等效模型得到的，用文字表述下，Ton時(shí)，整流管導(dǎo)通，續(xù)流管關(guān)斷（忽略反向恢復(fù)時(shí)間與漏感的影響等因素的影響），次級(jí)儲(chǔ)能電感電流線性上升，di(L)/dt=(Us-Uo)/L,而這個(gè)電流會(huì)通過(guò)匝比反饋到變壓器初級(jí)的電流波形中去。當(dāng)然，變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電感在輸入電壓Uin的作用下，也會(huì)有一個(gè)線性上升的勵(lì)磁電流，di(m)/dt=Uin/Lm，這兩個(gè)電流都是要流經(jīng)變壓器初級(jí)線圈的，所以我們測(cè)試的電流就是這兩個(gè)電流的疊加。這也解釋了為何復(fù)位線圈的線徑比初級(jí)線圈的線徑小得多的原因。
的取值大小限制變壓器鐵芯的損耗大小，小的B值變壓器越不容易飽和，但相反需要更多的繞線匝數(shù)，有時(shí)甚至因?yàn)榇翱诿娣e饒不下，所以銅損在增加。
Q9正激一般都是工作在CCM模式
有較大的直流分量，如果要用較大的deltB的話，就需要加入一點(diǎn)氣隙以降低剩磁，來(lái)平衡直流分量帶來(lái)的影響，不過(guò)這會(huì)讓勵(lì)磁電流增大，變壓器的銅損增加，開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力相應(yīng)的也會(huì)增大。
因?yàn)檎さ恼伎毡纫话愣紩?huì)小于0.5，所以次級(jí)續(xù)流二極管的導(dǎo)通時(shí)間要更長(zhǎng)。除開(kāi)電容的影響，整流二極管跟續(xù)流二極管的平均電流應(yīng)該是一樣的。正激很少用在全電壓的范圍，是因?yàn)檎伎毡茸兓^(guò)大嗎？是的，占空比的變化太大就會(huì)使次級(jí)的電感設(shè)計(jì)變得麻煩。正激有個(gè)最小占空比的問(wèn)題。
下面開(kāi)始說(shuō)變壓器。第一個(gè)需要面對(duì)的就是變壓器骨架與磁芯的選擇，其需要考慮的因素實(shí)在太多，我們列舉其中一部分來(lái)討論下：
首先用Ap法（磁芯面積乘積法）來(lái)計(jì)算變壓器的AP值：
AP=AW*Ae=(Ps*10^4)/(2ΔB*fs*J*Ku)
AW: core之窗口面積. ( cm^2)；Ae: core有效截面積 . ( cm^2)；Ps :變壓器傳遞視在功率 ( W ) Ps=Po/η+Po (正激式)；ΔB: 磁感應(yīng)增量 ( T )； fs : 變壓器工作頻率 ( HZ )； J : 電流密度 ( A ) .根據(jù)散熱方式不同可取300~1000 A/cm^2；Ku: 磁芯窗口系數(shù). 可取0.2-0.4。
對(duì)于上式Ap算法得到的值，跟實(shí)際使用的變壓器AP值相差較遠(yuǎn)，所以被人廣泛詬病。其實(shí)產(chǎn)生誤差的根本原因是，上式基本上都是在工程應(yīng)用中才有優(yōu)化近似而得到的，所以有些參數(shù)是較為理想，而實(shí)際使用中很多的參數(shù)是變化的，甚至還有些分布參數(shù)在“搗亂”，所以造成了偏差，在實(shí)際使用在還要考慮到余量，所以對(duì)于計(jì)算得到的Ap值乘上一個(gè)1.5-2的系數(shù)比較合理。
其實(shí)這里的ΔB( 磁感應(yīng)增量)是個(gè)比較重要的物理量，需要大家注意。ΔB表征磁芯的在電源工作時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍，ΔB=Bmax-Br，Bmax是最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，Br剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。在輸入電壓與工作頻率不變的前提條件下，對(duì)于同一幅磁芯，ΔB取得越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化范圍越寬，磁芯的鐵損越大，但所需要的匝數(shù)就越少，相應(yīng)的銅損就小。選用磁芯的時(shí)候，需要選擇飽和磁通密度盡量高，剩余磁通密度盡量小的磁芯，這樣可以實(shí)現(xiàn)小磁芯出大功率的目的。
得到AP值之后，可能有非常多的變壓器都符合需要，這是首先需要考慮結(jié)構(gòu)尺寸的限制，特別是高度與寬度的限制。比如EFD30與EI28的AP值同樣都是0.6cm4左右，但EFD30的高度小很多，更適合與扁平化的電源中，而EI28對(duì)于緊湊型電源則顯得更重要。
其次，從降低漏感與分布電容的角度出發(fā)，應(yīng)該選擇骨架寬度較寬的變壓器磁芯跟骨架，這樣單層繞線的匝數(shù)會(huì)更多，有利于降低繞線層數(shù)，從而降低漏感與分布電容，關(guān)于漏感的問(wèn)題，我們?cè)诤竺嬖僬归_(kāi)討論。再次，還要從通用性與經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)考慮，這是工程設(shè)計(jì)中無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。當(dāng)然還有安規(guī)，EMI，溫升，繞法等一些問(wèn)題需要考慮。
計(jì)算好匝比之后，一般會(huì)綜合考慮次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力，將計(jì)算的匝比調(diào)整或?qū)⒃驯热≌又覀兙涂梢酝ㄟ^(guò)匝比來(lái)反推電路的真實(shí)占空比范圍
Dmax=n(Vo+Vf)/Vin(min)
Dmin=n(Vo+Vf)/Vin(max)
后面的就是要根據(jù)真實(shí)的占空比范圍來(lái)計(jì)算，這樣得到的參數(shù)才是比較合理的。接著就可以計(jì)算最大與最小的導(dǎo)通時(shí)間,
tonmax= Dmax/ fs
tonmin= Dmin/ fs
接著就能計(jì)算初級(jí)繞組的匝數(shù)了
Np =Vin(min) ×tonmax/(ΔB×Ae)
Np：初級(jí)繞組的最少匝數(shù)
Vin(min)：初級(jí)繞組的最低輸入直流電壓
tonmax：初級(jí)MOSFET的最大導(dǎo)通時(shí)間
ΔB：磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，正激類(lèi)電源根據(jù)散熱條件，一般可以取0.2-0.3
Ae：所選磁芯的橫截面積，一般在磁芯手冊(cè)上可以查到
接下來(lái)計(jì)算次級(jí)匝數(shù)，次級(jí)匝數(shù)Ns = Np / n,當(dāng)然得到的數(shù)值不一定是整數(shù)，一般都是要四舍五入取整數(shù)匝，因?yàn)樾?shù)匝在繞線的時(shí)候工藝不好控制。
此時(shí)又會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，要想保持匝比不變，那么勢(shì)必要根據(jù)四舍五入之后的次級(jí)匝數(shù)，反過(guò)來(lái)計(jì)算初級(jí)的最終匝數(shù)，否則占空比就會(huì)發(fā)生改變， Np= Ns * n
計(jì)算的NP如果不是整數(shù)的話，也需要近似的取值，當(dāng)然會(huì)帶來(lái)匝比與占空比的輕微變化，但由于影響較小，所以一般都不需要再次去反推占空比。同樣的，確定最終的初級(jí)匝數(shù)之后，可以反過(guò)來(lái)推算變壓器磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化范圍，驗(yàn)證ΔB是否在合理的范圍之內(nèi)，ΔB=[Vin(min) ×Dmax×Ts] / (Np×Ae)
得到Np之后，就可以計(jì)算出復(fù)位繞組匝數(shù)Nr，并計(jì)算出勵(lì)磁電流以及復(fù)位繞組的線徑，考慮到MOSFET的電壓應(yīng)力與變壓器的可靠復(fù)位，一般都是設(shè)Np=Nr，然后根據(jù)所選磁芯的AL值，計(jì)算出復(fù)位繞組的電感量Lr=AL*N^2，繼而計(jì)算出復(fù)位繞組的復(fù)位電流Ir=Vin(min) ×tonmax/Lr，相應(yīng)的繞組線徑也就能計(jì)算出來(lái)了。
接下來(lái)的工作就是計(jì)算初次級(jí)繞組的線徑。有一點(diǎn)需要大家注意的就是，計(jì)算線徑要以電流有效值來(lái)計(jì)算，而非電流峰值或平均值！
要計(jì)算初級(jí)繞組的線徑，首先要計(jì)算初級(jí)的峰值電流Ip = Pi / VL = Po / (η×Dmax×Vin) ，然后再計(jì)算峰值電流Iprms= Ip×√D ，最后在根據(jù)電流密度來(lái)計(jì)算需要的繞組線的橫截面積，最后要根據(jù)頻率，趨膚深度與臨近效應(yīng)，變壓器骨架寬度跟深度等因素來(lái)計(jì)算單根線徑的外徑。同理次級(jí)繞組的計(jì)算方法一樣的，不同點(diǎn)就是用電流平均值來(lái)計(jì)算，Isrms=Io×√D,然后要考慮單根線徑的值，考慮因素同上。
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