摘 要

反激变换器由于电路结构简单，可靠性高，具有电气隔离，制造成本低等优点，在LED照明设备，手机充电器等中小功率场合获得了广泛的应用。本文设计了配合30W，100khz的特定交流电源使用的升压型反激变换器，将交流输入变换为直流输出。完成了基于UC3842芯片的反激变换器的主电路设计。将主电路划分为五个部分，就每个部分电路的原理进行分析，器件进行选择。反激变压器是反激变换器的核心器件，本文介绍了一种工作在连续电流模式下的反激式变压器设计方法。不同于一般知道输出功率和效率情况下的设计方法，本方法是在知道输入功率，没有具体效率要求情况下完成变压器的设计。将从变压器损耗，开关损耗，漏感影响三个方面对变换器效率进行分析研究。给出了变压器损耗、开关损耗、变压器漏感、漏感带来损耗的计算方法。

关键词：反激变换器；变压器；效率；损耗

Abstract

Flyback converter is widely used in LED lighting equipment, mobile phone charger and other small and medium power occasions because of its simple circuit structure, high reliability, electrical isolation, low manufacturing cost and other advantages. In this paper, a boost flyback converter for 30W, 100kHz AC power supply is designed, which transforms AC input into DC output. The main circuit design of flyback converter based on UC3842 is completed. The main circuit is divided into five parts. The principle of each part of the circuit is analyzed and the devices are selected. Flyback transformer is the core device of flyback converter. This paper introduces a design method of flyback transformer working in continuous current mode. Different from the general design method when the output power and efficiency are known, this method completes the transformer design when the input power is known and there is no specific efficiency requirement. The efficiency of the converter will be analyzed from three aspects: transformer loss, switching loss and leakage inductance. The theoretical calculation methods of transformer loss, switching loss, transformer leakage inductance and loss caused by leakage inductance are given.

Key Words：Flyback converter; transformer; efficiency; loss

目 录

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3论文结构 2

第2章 设计要求及方案选择 4

2.1设计要求 4

2.2方案选择 4

2.2.1主电路方案 4

2.2.2变压器设计方案 5

2.2.3影响效率的因素 6

2.3小结 6

第3章 反激式升压变换器主电路设计 7

3.1主电路原理分析 7

3.2输入整流滤波电路 7

3.3反激变压器电路 8

3.4输出滤波电路 10

3.5 开关管PWM 控制电路 10

3.6电压反馈电路 12

3.7小结 13

第4章 反激式变压器的设计 14

4.1反激变压器原理 14

4.1.1 连续电流模式（CCM） 14

4.1.2 断续电流模式（DCM） 15

4.1.3 临界电流模式（CRM） 15

4.2 变压器参数设计 16

4.2.1 输入输出参数确定 16

4.2.2 选择磁芯 17

4.2.3 最大占空比选择及反激电压计算 18

4.2.4 确定初/次级匝数比 19

4.2.5 确定最小初级匝数 19

4.2.6 计算初级电感 19

4.2.7 确定气隙长度 19

4.2.8 确定附加绕组的匝数 20

4.3导线和绕线方式选择 20

4.3.1导线选择 20

4.3.2绕线方式选择 20

4.4小结 22

第5章 反激变换器的效率分析 23

5.1 变压器损耗影响分析 23

5.1.1磁芯损耗 23

5.1.2 绕组损耗 25

5.2开关损耗影响分析 26

5.3 漏感影响分析 29

5.3.1漏感计算 29

5.3.2漏感的影响分析 31

5.4小结 32

第6章 结论与展望 33

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪论

1.1目的及意义

电源是电子设备和电子产品的最重要动力，电子设备及电子产品，甚至整个用电系统的可靠性和安全性取决于电源的好坏。 随着科技进步，电力电子技术的发展，开关电源技术越来越成熟。开关电源以其体积小，效率高，可靠性好等优势获得了广泛的应用。如在LED照明，计算机等高端电子设备中应用广泛。随着电子产品的功能越来越丰富，人们需求越来越大，如手机，笔记本电脑等。对于充电器，适配器中反激变换器的需求也增加。一般开关电源的基本结构由升压（Boost）型，降压（Buck）型以及升降压（Buck-Boost）型这三种结构演化而成。而反激变换器便是由升降压型演化而成的。反激变换器由于电路结构简单，可靠性高，具有电气隔离，制造成本低等优点，在LED照明设备，手机充电器等中小功率场合获得了广泛的应用。反激变压器是反激变换器的核心部件，反激变压器可以说不是真正意义上的变压器，更像是一对相互耦合的电感，但是它依旧是实现能量传输和转换的主要器件，同时该器件又关系着反激变换器的重量、体积以及发热损耗。要实现反激变换器的小型轻量化，高效率和高可靠性的目标，对于反激变压器的优化研究是必不可少的。

1.2国内外研究现状

反激变换器从开始出现到现如今的广泛应用，其设计趋势一直向小体积，高效率，高功率因素，高可靠性，高性能等方面发展。随着科技进步，集成电路的广泛应用，变换器也渐渐的向集成化方向发展，变换器体积越来越小，越来越模块化。随着各大芯片公司不断推出各种PWM芯片让变换器的可靠性更高，工作更稳定，结构更加简单。同时工作频率的提高可以进一步缩小变换器的体积。因为在高工作频率条件下，外围电路中使用的滤波电感和电容可以更小，从而减少系统的体积。

朱彩莲等使用UC3842芯片进行了反激变换器开关电源设计，具有精度高、可靠性好、实用性高等优点^[1]。刘晓龙等人设计了基于 TOPSwitch-GX的多输出反激式开关电源变压器，可靠性好和实用性高^[2]。T J Liang 和 K C Tseng设计了集成升压－反激变换器 IBFC（integrated boost-flyback converter）。具有高升压比，效率高等优点^[3]。王天兵等人克服了T J Liang等人在文献[3]中因占空比增加导致效率变低，成本较高，结构复杂的缺点，提出了集成耦合电感的升压－反激变换器 ICBFC（integrated coupled-inductor boost-flyback converter）^[4]。Y.T. Lin等人实现了单级交直流反激变换器的一次侧控制集成电路。所设计的反激式变换器结构简单，可靠性高，成本低^[5]。韩志超等人提出了一种应用于原边反馈的高精度恒流控制方法^[6]。王钊等人设计的反激变换器实现二次升压功能^[7]。杨杰等人对基于原边负反馈的高精度恒流恒压AC-DC转换器进行设计研究，设计的变换器达到高精度的效果^[8][9][10]。廖小军基于芯片XD1576引入负载状态检测机制设计了一款反激变换器。系统转换效率高。安全性高同时延长了使用寿命^[11]。罗小青等人提出一种高效的恒压控制策略，找出系统关键参数的取值对系统损耗的影响，降低系统功率损耗^[12]。Yahui Leng等人提出了一种没有光耦合器或辅助绕组的2.7W LED驱动器。 采用新的退磁时间采样方法，将反馈电路完全集成到控制器中，减少了元件个数，降低了成本^[13]。Mantzanas等人设计了带有阶梯式气隙变压器的反激变换器，减少因磁芯气隙引起的损耗，相比较传统的气隙变压器效率更高^[14]。Changyuan Chang等人提出了一种基于数字辅助技术的恒压交流直流变换器，具有快速的动态响应能力^[15]。彭云华等人对反激变压器的具体参数设计给出了一般设计步骤^[16]。林万芳等人在考虑到反激变压器断续与连续两种工作模式的优缺点情况下，给出了一种折中设计方案^[17]。