齊納管吸收漏感能量的反激變換器：設(shè)計(jì)前需要確定的參數(shù)A 開關(guān)管Q的耐壓值：VmqB 輸入電壓范圍：Vinmin ～ VinmaxC 輸出電壓VoD 電源額定輸出功率：Po（或負(fù)載電流Io）E 電源效率：XF 電流/磁通密度紋波率：r（取0.5，見注釋C）G 工作頻率：fH 最大輸出電壓紋波：Vopp1. 齊納管DZ的穩(wěn)壓值VzVz <= Vmq × 95% - Vinmax，開關(guān)管Q承受的電壓是Vin + Vz，在Vinmax處還應(yīng)為Vmq保留5%裕量，因此有 Vinmax + Vz < Vmq × 95% 。2. 一次側(cè)等效輸出電壓VorVor = Vz / 1.4（見注釋A）3. 匝比n（Np/Ns）n = Vor / (Vo + Vd)，其中Vd是輸出二極管D的正向壓降，一般取0.5～1V 。4. 最大占空比的理論值DmaxDmax = Vor / (Vor + Vinmin)，此值是轉(zhuǎn)換器效率為100%時(shí)的理論值，用于粗略估計(jì)占空比是否合適，后面用更精確的算法計(jì)算。一般控制器的占空比限制Dlim的典型值為70%。-----------------------------------------------------------------------------上面是先試著確定Vz，也可以先試著確定n，原則是 n = Vin / Vo，Vin可以取希望的工作輸入電壓，然后計(jì)算出Vor，Vz，Dmax等，總之這是計(jì)算的“起步”過程，根據(jù)后面計(jì)算考慮實(shí)際情況對(duì)n進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)計(jì)算，可以得到比較合理的選擇。-----------------------------------------------------------------------------5. 負(fù)載電流IoIo = Po / Vo，如果有多個(gè)二次繞組，可以用單一輸出等效。6. 一次側(cè)有效負(fù)載電流IorIor = Io / n ，由Ior × Np = Io × Ns得來。7. 占空比DD = Iin / (Iin + Ior)，其中Iin = Pin / Vin，而Pin = Po / X。這里Vin取Vinmin。（見注釋B）8. 二次電流斜坡中心值IlIl = Io / (1 - D)9. 一次電流斜坡中心值IlrIlr = Il / n10. 峰值開關(guān)電流IpkIpk = (1 + 0.5 × r) × Ilr11. 伏秒數(shù)EtEt = Vinmin × D / f ，（Et = Von × Ton = Vinmin × D/f）12. 一次電感LpLp = Et / (Ilr × r)13. 磁芯選擇（1）Ve = 0.7 × (((2 + r)^2) / r) × (Pin / f)，Ve單位cm^3；f單位KHz，根據(jù)此式確定磁芯有效體積Ve，尋找符合此要求的磁芯。（見注釋D）（2）最適合反激變壓器的磁芯是“E Cores”和“U Cores”，“ETD"、”ER"、“RM"這三種用于反激性能一般，而“Planar E”、“EFD"、”EP"、“P"、”Ring"型不適合反激變壓器。（3）材質(zhì)選錳鋅鐵氧體，PC40比較常用且經(jīng)濟(jì)。14. 一次匝數(shù)NpNp = (1 + 2/r) × (Von × D)/(2 × Bpk × Ae × f)，其中Von = Vinmin - Vq， Vq是開關(guān)管Q的導(dǎo)通壓降；Bpk不能超過0.3T，一般反激變壓器取0.3T；Ae是磁芯的有效截面積，從所選磁芯的參數(shù)中查的。（公式推導(dǎo)見注釋E，說明見注釋F）15. 二次匝數(shù)NsNs = Np / n，此值小數(shù)不可忽略時(shí)向上取整，如1.62T取2T，然后重新計(jì)算Np = Ns × n 。16. 匝數(shù)調(diào)整后實(shí)際磁通密度變化范圍驗(yàn)證Bpk = Bpk0 × Np0 / Np，Bpk0、Np0是調(diào)整前的磁通密度峰值和一次匝數(shù)。（根據(jù)：Bpk與匝數(shù)成反比）dB = (2r/(r + 2)) × Bpk17. 氣隙系數(shù)zz = (1 / Lp) × (u × u0 × Ae / le) × Np^2，其中u是磁芯材料的相對(duì)磁導(dǎo)率，Ae、le分別是磁芯的有效截面積和有效長(zhǎng)度，這些參數(shù)由磁芯手冊(cè)提供，u0是真空磁導(dǎo)率，值為4 × PI × 10^(-7) 。（見注釋G）18. 氣隙長(zhǎng)度lglg = le × (z - 1) / u，其中u是磁芯材料的相對(duì)磁導(dǎo)率。（見注釋G）19. 繞組導(dǎo)線的集膚深度hh = 66.1 × (1 + 0.0042 × (T - 20)) / f^0.5，所得單位為mm，其中T是工作溫度，可取80，即最高環(huán)境溫度40攝氏度時(shí)可以有40度的溫升。20. 繞組導(dǎo)線的線徑dd = 2h，若選用銅皮，則銅皮厚度同樣按此計(jì)算，即 2h 。21. 繞組導(dǎo)線的電流承載能力ImIm = PI × (d/2)^2 × J，其中J是電流密度，反激變壓器一般取典型值 493 A/cm^2（400 cmil/A）。22. 一次繞組導(dǎo)線的股數(shù)MpMp = Ilr / Im23. 二次繞組導(dǎo)線的股數(shù)MsMs = Il / Im24. 確定變壓器組裝結(jié)構(gòu)根據(jù)上面計(jì)算的變壓器各項(xiàng)參數(shù)，合理安排繞組排列、絕緣安排等，繞組安排（從磁芯由近及遠(yuǎn)）可參考如下：（1）一般排列是，一次，二次，反饋。（2）二次，反饋，一次，這種排法有利于一次繞組對(duì)磁芯的絕緣安排。（3）一半一次，二次/反饋，一半一次，這種排法有利于減少漏感。25. 輸出二極管的額定電流IdmIdm = 2 × Io（見注釋H）26. 輸出二極管的額定電壓VdmVdm = (1 + 20%) × (Vo + Vinmax / n) （見注釋I）27. 開關(guān)管的額定電流IqmIqm = 2 × Ilr × (D × (1 + r^2/12))^0.5 （見注釋J）28. 開關(guān)管的額定耐壓VqmVqm = (1 + 20%) × (Vor + Vinmax) （見注釋K）29. 輸入電容值CinCin = Kcp × Po / X，系數(shù) Kcp 取經(jīng)驗(yàn)值 3uF/W 。30. 輸入電容額定電流紋波IcindIcind = Ilr × (D × (1 - D + r^2/12))^0.5 （見注釋L）31. 輸入電容的耐壓VcinVcin = (1 + 30%) × Vinmax ，30%為保留裕量。32. 輸出電容值CoCo = Io × D / (f × Vopp) ，（見注釋M）33. 輸出電容額定電流紋波IcodIcod = Io × ((D + r^2/12) / (1 - D))^0.5 （見注釋N）34. 輸出電容的耐壓VcoVco = (1 + 30%) × Vo ，30%為保留裕量。35. 反向二極管D1的耐壓Vd1Vd1 = (1 + 20%) × Vinmax ， 20%為保留的裕量。36. 反向二極管的電流Id1Id1 = 0.2 × Ilr （見注釋O）37. 漏感LlkLlk = Lp × 0.05，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取一次電感的5%，一般反激變壓器為2%～20%。38. 齊納管功率PzPz = Llk × Ipk^2 × (Vz / (Vz - Vor)) × f，此處為2倍計(jì)算的功率值以留足夠裕量。（見注釋A）-----------------------------------------------------------------------------齊納管損耗可能會(huì)比較大，以致無法找到合適器件，所以需要對(duì)尖峰吸收電路進(jìn)行更改，實(shí)際應(yīng)用中一般較多采用RCD電路對(duì)漏感尖峰進(jìn)行吸收，下面的計(jì)算針對(duì)此RCD電路。-----------------------------------------------------------------------------RCD吸收漏感能量的反激變換器：39. RCD電路電容最大電壓Vcmax?（見注釋P）Vcmax = Vor / D40. RCD電路電容值Crcd?（見注釋P）Crcd = Ipk^2 × Llk / (Vcmax^2 × (1 - e^(2 × ln(D) / (1 - D)))41. RCD電路電阻值Rrcd?（見注釋P）Rrcd = (D - 1) / (C × f × ln(D))42. RCD電路電阻功率Pr?（見注釋P）Pr = Llk × Ipk^2 × f， 此值為2倍的電阻實(shí)際消耗功率，以留出足夠裕量。--------------------------------------------------------------------------------------------如果漏感損耗較大，或考慮進(jìn)一步提高效率，齊納管鉗位和RCD吸收都無法滿足要求，可以考慮LCD無損吸收網(wǎng)絡(luò)，它可以把漏感能量重新返回輸入電容，下面的計(jì)算針對(duì)此部分。--------------------------------------------------------------------------------------------LCD無損吸收的反激變換器：43. 緩沖電容低壓Vcr0?（見注釋Q）Vcr0 = Vor （根據(jù)情況可選擇略高于此值）44. 緩沖電容高壓Vcr1?（見注釋Q）Vcr1 = k × Vcr0，k是系數(shù)，可根據(jù)情況選1.5～3，也可以更高，但需注意Q的耐壓。45. 緩沖電容值Cr?（見注釋Q）Cr = Llk × Ipk^2 / (Vcr1^2 - Vcr0^2)46. 儲(chǔ)能電感值Lr?（見注釋Q）Lr = Lr = D^2 / (Cr × f^2 × (arccos(Vcr0 / Vcr1))^2)47. 儲(chǔ)能電感額定電流Ilrm?（見注釋Q）Ilrm = 1.5 × (Cr / Lr)^0.5 × Vcr1 × sin(D / (f × (Lr × Cr)^0.5))，此值為最大電流值的1.5倍，考慮了留出裕量。至此電路中所有元件的主要參數(shù)計(jì)算完畢。注釋A?齊納管鉗位損耗 Pz = 0.5 × Llk × Ipk^2 × (Vz / (Vz - Vor)) × f，其中Llk是所有漏感 -- 不只是一次漏感Llkp，Ipk是一次電流的峰值。通過此式可看出若Vz接近Vor，則損耗巨大；若以Vz/Vor為變量畫出鉗位損耗的曲線，則所有情況下，Vz/Vor = 1.4 均為曲線上的明顯下降點(diǎn)。B?1. 變壓器中電流情況有 Iin / D = Ior / (1 - D)，由此得 D = Iin / (Iin + Ior)；2. 所有設(shè)計(jì)均在Vinmin下進(jìn)行。C?設(shè)計(jì)離線變壓器時(shí)，考慮降低損耗、減小體積等原因，通常將r設(shè)定為0.5左右。D?反激電源變壓器一般繞線不成問題，即不大設(shè)計(jì)窗口面積使用問題，所以不必用AP法。E?Von = Np × Ae × (dB/dt) -> Von × dt = Np × Ae × dB -> Np = （Von × dt) / (dB × Ae) = (Von × D/f) / (dB × Ae) = (Von × D) / (dB × Ae × f) = (Von × D) / ((2r/(r + 2)) × Bpk × Ae × f) = (1 + 2/r) × (Von × D)/(2 × Bpk × Ae × f)FNp計(jì)算完后應(yīng)驗(yàn)證此值是否適合磁芯的窗口面積，及骨架、隔離帶、安全膠帶、二次繞組和套管等，通常在反激變壓器中這些都不會(huì)有問題；如果需要減少Np，可以考慮增大r，減小D，或增大磁芯面積，但磁導(dǎo)率和氣隙不會(huì)解決問題。G電感與磁導(dǎo)率的相關(guān)方程：L = (1/z) × (u × u0 × Ae / le) × N^2，其中氣隙系數(shù) z = (le + u × lg) / le 。對(duì)于鐵氧體材料的氣隙變壓器，z 取值10 ～ 20是較好的折中選擇。H反激（buck-boost）中二極管平均電流等于負(fù)載電流Io，損耗是Pd = Io × Vd，而二極管正向壓降Vd隨其額定電流上升而下降，故折中考慮，選取其額定電流為2 × Io 。IBuck-boost 中二極管最大承壓是 Vinmax + Vo，在反激中Vinmax折算到二次側(cè)為 Vinmax / n，同時(shí)給額定值留出20%的裕量，所以最終選擇二極管的額定耐壓定位 Vdm = Vdm = (1 + 20%) × (Vo + Vinmax / n) 。J對(duì)所有拓?fù)?，開關(guān)管有效值電流在Dmax處最大，且 Iqrms = Il_dmax × (Dmax × (1 + r_dmax^2/12))^0.5，開關(guān)管的損耗 Pq = Iqrms^2 × Rds，其中Rds是開關(guān)管的正向壓降，此壓降隨開關(guān)管的額定電流增大而減小，所以折中選擇開關(guān)管的額定電流為 2 × Iqrms 。KBuck-boost 中開關(guān)管最大承壓是 Vinmax + Vo，在反激變換器中Vo折算到一次側(cè)為 Vor，同時(shí)給額定值預(yù)留20%的裕量，所以最終選擇開關(guān)管的耐壓為 Vqm = (1 + 20%) × (Vor + Vinmax)LBuck-boost 中輸入電容最惡劣電流有效值發(fā)生在Dmax，其值為 Irms_cin = Il_dmax × (Dmax × (1 - Dmax + r_dmax^2/12))^0.5 ，一般選擇電容時(shí)其額定紋波電流應(yīng)等于或大于此值。M根據(jù)如下：Co 實(shí)際上需要維持t_on時(shí)的電荷流失，此電荷量為 dQ = Io × t_on，而此時(shí)電容電壓的變化是 dUco = dQ / Co = Vopp，由此得 Co = lo × t_on / Vopp 。NBuck-boost 中輸出電容最惡劣有效值發(fā)生在Dmax， 其值為 Irms_co = Io × ((Dmax + r_dmax^2/12) / (1 - Dmax))^0.5 ，一般選擇電容是器額定紋波電流應(yīng)等于或大于此值。O考慮漏感電流不超過一次繞組電流的20%，僅為估計(jì)，無計(jì)算根據(jù)。PRCD電路的分析和計(jì)算如下：（1）工作過程：開關(guān)管截止后，漏感電流通過D對(duì)C迅速充電，然后C通過R放電，消耗漏感能量于R上。（2）充電過程時(shí)間很短，相對(duì)整個(gè)周期可以忽略。（3）C不能太大，否則吸收能量過多，影響變壓器能量傳遞，同時(shí)R成為變換器的死負(fù)載。（4）R不能太小，否則放電太快，C電壓降到反射電壓（Vor）時(shí)R開始消耗二次傳過來的能量，所以R要使C的放電電壓在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)不小于反射電壓。根據(jù)以上分析，計(jì)算推導(dǎo)如下：Vcmax > Vor，把Vc線性化，可得 Vcmax / Vor = T / t_ON，T為開關(guān)周期，t_ON為開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，由此得Vcmax = Vor / D（式1）當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)C上電壓剛好等于反射電壓有：Vcmax × e^(-(1 - D) × T / (R × C)) = Vor，由 T = 1 / f 整理得R × C = (D - 1)/ (f × ln(D)) （式2）Vc的最小值 Vcmin = Vcmax × e^(-T / (R × C)) （式3）此時(shí)漏感能量全部被RC電路吸收，有如下方程：0.5 × Llk × Ipk^2 = 0.5 × C × (Vcmax^2 - Vcmin^2) （式4）整理式3和式4可以得到C = Ipk^2 × Llk / (Vcmax^2 × (1 - e^(2 × ln(D) / (1 - D)))由上式和式2可以得R = (D - 1) / (C × f × ln(D))電阻R消耗的功率是 Pr = 0.5 × Llk × Ipk^2 × fQLCD無損吸收網(wǎng)絡(luò)的分析和計(jì)算：

（1）開關(guān)管截止時(shí)，一方面變壓器漏感和一次繞組通過D1對(duì)Cr充電，把漏感能量?jī)?chǔ)存于Cr；另一方面，Lr的電流儲(chǔ)能通過D1、D2反饋給電源輸入電容C_IN 。（2）開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，Cr通過D2、Lr進(jìn)行放電，把能量傳遞給Lr，能量由電容電壓轉(zhuǎn)換為電感的電流能量。（3）穩(wěn)態(tài)下，設(shè)Cr開始充電（Q截止）時(shí)電壓是Vcr0，充電結(jié)束時(shí)電壓是Vcr1，則為了不吸收便壓器正常工作的能量傳遞有 Vcr0 >= Vor；考慮能量的傳遞過程則有 0.5 × Llk × Ipk^2 = 0.5 × Cr × (Vcr1^2 - Vcr0^2)，令 k = Vcr1 / Vcr0，同時(shí)設(shè)Vcr0 = Vor，整理得 Cr = Llk × Ipk^2 / (Vor × (k^2 - 1)) 。（4）穩(wěn)態(tài)下，Cr的放電過程（Q導(dǎo)通）也就是Cr、Lr的諧振過程，所以Cr的電壓方程是 uc = Vcr1 × cos(wt)，Lr的電流方程是 il = (Cr / Lr)^0.5 × Vcr1 × sin(wt)，其中角頻率 w = 1 / (Lr × Cr)^0.5 。此處我們需要在導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí)Cr上的電壓降至Vcr0，由此得 Vcr1 × cos(w × (D / f)) = Vcr0，且 w × (D / f) < PI / 2，PI是圓周率。整理方程得 Lr = D^2 / (Cr × f^2 × (arccos(Vcr0 / Vcr1))^2) 。（5）Q截止?fàn)顟B(tài)下Cr充電的時(shí)間和Q導(dǎo)通狀態(tài)下Lr的續(xù)流放電時(shí)間很短，因此在分析過程中忽略。