开关电源变压器计算公式的最全整理
在电子专业里，经常能看到变压器的身影，变压器是一种供电所常用的机器，它的主要作用是改变电压。变压器的工作原理其实很简单，就是通过电磁感应让交流电的电压发生改变。其主要构件包括初级线圈、次级线圈、铁芯。其实变压器的作用不只是改变电压那么简单，它的作用还包括电压变换电流变化等。
接下来，小编为大家整理了开关电源变压器相关的计算公式，赶紧收藏起来吧！
1、确定系统规格
最小ac输入电压：vacmin，单位：伏特。
最大ac输入电压：vacmax，单位：伏特。
输入电压频率：fl，50hz或者60hz。
输出电压：vo，单位：伏特。
最大负载电流：io，单位：安培。
输出功率：po，单位：瓦特。
电源效率：η，如无数据可供参考，则对于低电压输出（低于6v）应用和高电压输出应用，应分别将η设定为0.75~0.79和0.8~0.89。
计算最大输入功率：pin，单位：瓦特。
2、直流电压范围（vmin、vmax）
最小直流输入电压vmin
其中，
fl为输入交流电压频率（50hz/60hz）；
tc为桥式整流大额导通时间，如无数据可供参考，则取3ms；
所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。
最大直流输入电压vmax
3、相应工作模式和定义电流波形参数kp
图2.2 电流波形与工作模式
当kp≤1，连续模式，如图2.2a；
其中：ir为初级纹波电流，ip为初级峰值电流。
当kp≥1，非连续模式,如图2.2b；
在连续模式设计中，宽电压输入时，设定kp=0.4；230v单电压或者115v倍压整流输入时，设定kp=0.6。在非连续模式设计中，设定kp=1。
4、确定反射的输出电压vor和最大占空比dmax
反射电压vor设定在80v~110v。
连续模式时计算dmax：
非连续模式时计算dmax：
其中，设定cr5842外接功率mosfet漏极和源极vds=10v。
5、用产品手册选择磁芯材料，确定δb大小
选择有磁芯材料应该考虑高bs，低损耗及高ui 材料，还要结合成本考量；见意选项用pc40以上的材质。为了防止出现瞬态饱和效应以低δb设计:
式中：δb为最大磁通密度摆幅，bs为饱和磁通密度，br为剩磁，bm为最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范围之内，若bm＞0.3t，需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数np，范围之内。如bm＜0.2t，就应选择尺寸较小的磁芯或减小初级匝数np值。
6、确定合适的磁芯
实际上，磁芯的初始选择肯定是很粗略的，因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商提供的磁芯选择指南。如果没有可参考资料，可采用下面作为参考。
传递功率：
电流密度：
绕组系数：
式中，ap单位为mm4，aw为窗口面积，ae为磁芯的截面积，如图2.3。δb为正常操作状态下的最大磁通密度（单位：特拉斯（t））。为了防止磁芯因高温而瞬间出现磁饱和，对于大多数功率铁氧体磁芯的尺寸越大ae越高，所做的功率就越大。
图2.3：磁芯窗口面积和截面积
7、估算dcm/ccm临界电流iob
8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
其中，np和ns分别为初级侧和次级侧匝数。vo为输出电压，vf为二极管正向电压：对超快速pn结二极管选取0.7v，肖特基二极管选取0.5v。vdcmin为最小输入直流电压，dmax为设置的最大占空比， vor 为反射电压。
9、计算dcm/ccm临界时副边峰值电流δisb：
10、计算ccm状态下副边峰值电流δisp：
11、计算ccm状态时原边峰值电流δipp：
12、计算副边电感ls及原边电感lp：
由于此电感值为临界电感，若需要电路工作于ccm则可增大此电感值，若需要工作于dcm则可适当调小此电感值。
13、确定原边最小np匝数与副边ns匝数：
其中单位分别为特拉斯、安培、微亨、平方厘米,，如无参考数据，则使用
以特拉斯(t)为单位。
14、次级绕组和辅助绕组
初级绕组与次级绕组匝数比：
其中，np和ns分别为初级侧和次级侧匝数。vo为输出电压，vd为二极管正向电压：对超快速pn结二极管选取0.7v，肖特基二极管选取0.5v。
然后确定正确的ns，使得最终的np不得小于np,min。有的时候最终的np比np,min大得多，这就需要更换一个大的磁芯，或者在无法更换磁芯时，则通过增加kp值来减小lp，这样，最终的初级侧匝数也会减小。
辅助绕组匝数
其中，vdd为辅助绕组整流后的电压，vdb为偏置绕组整流管正向电压；
考虑到系统在满载和空载转变瞬间，由于能量瞬间导致vdd下冲误触发uvlo，在系统允许的输入电压范围内且输出为空载时，建议vdd 按13v来计算。
确定磁芯气隙长度：
其中，lg单位为毫米，ae单位为平方厘米，al为无间隙情况下的al值，单位为纳亨/圈2，lp单位为微亨。
通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值，因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的lg值，请咨询变压器供应商以获得指导。
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
当导线很长时（＞1m），电流密度可以取5a/mm2。当导线较短且匝数较少时，6~10a/mm2的电流密度也是可取的。应避免使用直径大于1mm的导线，防止产生严重的涡流损耗并使绕线更加容易。对于大电流输出，最好采用多股细线并绕的方式绕制，减小集肤效应的影响。
检查一下磁芯的绕组窗口面积是否足以容纳导线。所需的窗口面积由以下公式给出：
式中，ac为实际的导体面积，kf为填充系数。填充系数通常为0.2~0.3。
关于思睿达微电子 思睿达是专注于adc、dac、poe和dc / dc 芯片级解决方案的高科技企业，目前同步推广启臣微全系列产品，希望将启臣15年在电源行业这份积淀，这份坚持发扬光大。思睿达同时也可以提供芯片级定制服务。
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1、确定系统规格
最小ac输入电压：vacmin，单位：伏特。
最大ac输入电压：vacmax，单位：伏特。
输入电压频率：fl，50hz或者60hz。
输出电压：vo，单位：伏特。
最大负载电流：io，单位：安培。
输出功率：po，单位：瓦特。
电源效率：η，如无数据可供参考，则对于低电压输出（低于6v）应用和高电压输出应用，应分别将η设定为0.75~0.79和0.8~0.89。
计算最大输入功率：pin，单位：瓦特。
2、直流电压范围（vmin、vmax）
最小直流输入电压vmin
其中，
fl为输入交流电压频率（50hz/60hz）；
tc为桥式整流大额导通时间，如无数据可供参考，则取3ms；
所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。
最大直流输入电压vmax
3、相应工作模式和定义电流波形参数kp
图2.2 电流波形与工作模式
当kp≤1，连续模式，如图2.2a；
其中：ir为初级纹波电流，ip为初级峰值电流。
当kp≥1，非连续模式,如图2.2b；
在连续模式设计中，宽电压输入时，设定kp=0.4；230v单电压或者115v倍压整流输入时，设定kp=0.6。在非连续模式设计中，设定kp=1。
4、确定反射的输出电压vor和最大占空比dmax
反射电压vor设定在80v~110v。
连续模式时计算dmax：
非连续模式时计算dmax：
其中，设定cr5842外接功率mosfet漏极和源极vds=10v。
5、用产品手册选择磁芯材料，确定δb大小
选择有磁芯材料应该考虑高bs，低损耗及高ui 材料，还要结合成本考量；见意选项用pc40以上的材质。为了防止出现瞬态饱和效应以低δb设计:
式中：δb为最大磁通密度摆幅，bs为饱和磁通密度，br为剩磁，bm为最大磁通密度,一般取在0.2~0.3范围之内，若bm＞0.3t，需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数np，范围之内。如bm＜0.2t，就应选择尺寸较小的磁芯或减小初级匝数np值。
6、确定合适的磁芯
实际上，磁芯的初始选择肯定是很粗略的，因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商提供的磁芯选择指南。如果没有可参考资料，可采用下面作为参考。
传递功率：
电流密度：
绕组系数：
式中，ap单位为mm4，aw为窗口面积，ae为磁芯的截面积，如图2.3。δb为正常操作状态下的最大磁通密度（单位：特拉斯（t））。为了防止磁芯因高温而瞬间出现磁饱和，对于大多数功率铁氧体磁芯的尺寸越大ae越高，所做的功率就越大。
图2.3：磁芯窗口面积和截面积
7、估算dcm/ccm临界电流iob
8、计算初级绕组与次级绕组匝数比
其中，np和ns分别为初级侧和次级侧匝数。vo为输出电压，vf为二极管正向电压：对超快速pn结二极管选取0.7v，肖特基二极管选取0.5v。vdcmin为最小输入直流电压，dmax为设置的最大占空比， vor 为反射电压。
9、计算dcm/ccm临界时副边峰值电流δisb：
10、计算ccm状态下副边峰值电流δisp：
11、计算ccm状态时原边峰值电流δipp：
12、计算副边电感ls及原边电感lp：
由于此电感值为临界电感，若需要电路工作于ccm则可增大此电感值，若需要工作于dcm则可适当调小此电感值。
13、确定原边最小np匝数与副边ns匝数：
其中单位分别为特拉斯、安培、微亨、平方厘米,，如无参考数据，则使用
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14、次级绕组和辅助绕组
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其中，np和ns分别为初级侧和次级侧匝数。vo为输出电压，vd为二极管正向电压：对超快速pn结二极管选取0.7v，肖特基二极管选取0.5v。
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辅助绕组匝数
其中，vdd为辅助绕组整流后的电压，vdb为偏置绕组整流管正向电压；
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其中，lg单位为毫米，ae单位为平方厘米，al为无间隙情况下的al值，单位为纳亨/圈2，lp单位为微亨。
通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值，因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需要使用小于0.1 mm的lg值，请咨询变压器供应商以获得指导。
15.根据有效值电流来确定每个绕组的导线直径。
当导线很长时（＞1m），电流密度可以取5a/mm2。当导线较短且匝数较少时，6~10a/mm2的电流密度也是可取的。应避免使用直径大于1mm的导线，防止产生严重的涡流损耗并使绕线更加容易。对于大电流输出，最好采用多股细线并绕的方式绕制，减小集肤效应的影响。
检查一下磁芯的绕组窗口面积是否足以容纳导线。所需的窗口面积由以下公式给出：
式中，ac为实际的导体面积，kf为填充系数。填充系数通常为0.2~0.3。
关于思睿达微电子 思睿达是专注于adc、dac、poe和dc / dc 芯片级解决方案的高科技企业，目前同步推广启臣微全系列产品，希望将启臣15年在电源行业这份积淀，这份坚持发扬光大。思睿达同时也可以提供芯片级定制服务。
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