回扫变压器指南

关键字： 回扫变压器  

由于回扫变压器具有成本低、设计简单、效率高等特点，广泛应用于100W以下至150W电源。与其它具有类似拓朴结构的电路相比，回扫变压器还具有隔离主副级的特点，并可提供多输出，以及为输出选择正负电压。本文讨论了回扫转换器中或变感扼流圈变压器的设计参数，变感扼流圈变压器已使用多年，但在变压器隔离的调节器中这种拓朴结构还是独一无二的。 

回扫变压器功能 

当开关打开时，能量都存储在主级(在铁心材料内)。正如图1所示，变压器的极点和二极管放置的位置是为了使开关打开时，能量不会传输到负载端。当开关闭合后，由于磁场消失，变压器线圈的极性会反转，输出整流器导通，存储在铁心材料内的能量会传输到负载上。这种过程会一直持续直到能量耗尽或开关再次打开。 

设计者需要考虑到低压下的最大负载，其中包括回扫工作范围的所有条件，这是因为变压器会在不同周期之间关闭(间断模式)，并等待负载满足功率传递的容量。这是回扫最主要的特点，输入电压和负载的调节范围大。 

下列方程常用于确定回扫变压器，随即用一个典型的设计示例解释如何使用这些方程。 

令V= L dj/dt,Vin,min = (LpIppf)/(σmax) 

其中，Vin = 输入电压, V 

Lp = 初级线圈电感, mH 

Ipp = 峰值电流, A 

σmax = 最大占空比, μs 

f = 开关频率, kHz 

对间断模式而言， 

电源输出 = 1/2*Lp*Ipp*f 

Ipp = (2Pout)/(Vin,min* σmax) 

如上所述，回扫变压器的调节是通过PWM完成的。如果变压器Vin电压从Vin,min增大到Vin,max，那么 

σmin = (σmax) / ((1- σmax)C + σmax) 

这里C = Vin,max / Vin,min 

由于Ipp是已知的， 

Lp = (Vin,min* σmax) / (Ipp*f) 

尽管设计者需要依靠选择铁心材料的经验，这仅会提供近似结果。下列公式可提高估计结果。 

Ac*Ae = (((6.33*4)*Lp*Ipp*D)*10~8) / Bmax. 

这里Ac = 线圈面积 cm 

Ae = 铁心有效面积, cm 

Bmax = Bsat/2, Gauss. 可向铁心制造商咨询有关材料、损耗-频率等信息。 

D = 导线直径, 英寸 

由于回扫变压器采用单端配置，仅使用一半通量配置，所以必须为回扫变压器计算空气间隙。这样会导致铁心饱和。 

Gap (cm) = lg = ((0.4*Π*Lp*Ipp)*108) / (Ae*Bmax) 

当空气间隙长度确定后，主级和次级线圈的圈数也可以确定。 

Npri = (Bmax*lg) / (.4*Π*Ipp) 

Nsec = (Np(Vp + Vd) (1-σmax)) / (Vin,min* σmax) 

下面的示例是介绍如何设计间断模式的回扫变压器。现代设计利用PFC (功率因子校正)，在整流后立即定位。通常采用提升拓朴用于动态特性和输入电压范围。本示例不涉及PFC。 

设计参数 

Vinput = 85至132 VAC 

Voutput = 5VDC @ 10A = 50瓦 

频率 = 100kHz 

假设 σmax = .45 

间断模式 

1) 计算峰值 Ipp 

因为 Vin,min = 85VAC, 这样纹波为 Vin,min = 85*1.4-20V，二极管压降约为100VDC。 

因此，Ipp = 2Pout / (Vin,min* σmax) = 100 / (100*.45) = 2.22 A 

2) 计算σmin 

Vin,max = 132VAC*1.4 = 185VDC 

如果裕度为10%，Vin,max = 203VDC, 假设为200VDC 

如果Vin,min裕度为10%，那么Vin,min = 90VDC 

这样，输入电压比为C = 200/90 = 2.22 

因此 σmin = .45 / ((1-.45)*2.22+ .45) = .27 

这些结果表明，变压器的占空比为0.27至0.45，Vin范围在200VDC至90VDC。 

3)计算一级线圈电感 

Lp = 90*.45 / (2.22*100kHz) = .18mH 

4) 选择铁心 

在该示例中，电流密度约为300 cm/A。由于Ipp = 2.22A，总长度为300*2.22 = 666 cm。从导线图看，22 AWG的直径为0.028英寸。如果选择Magnetics, Inc公司的材料“P”，Bmax = 500 Gauss，这样铁心材料可达100mW/cm。 

因此， 

AcAe = (6.33*4) *(.00018Hy)*2.22*(.028)*(10~8) / (500) = 1.59 cm4. 

产品目录的PQ43230 (PQ3230)大小为AcAe = 1.60 cm4。 

5) 计算空气间隙长度 

Lg = (.4*Π*.00018*(2.22)*10~8) / (1.37*(500)) = .30 cm (大约) 在铁心中间位置 

6) 计算主级和次级圈数 

Npri = 500*.30 / (.4*3.14*2.22) = 54 圈 

Nsec = 54*(5 + 1) (1 - .45) / (90*.45) = 4.4 圈 

使用5圈是因为我们没有先前包括线圈、PCB和其它寄生损失。接下来要选择输出导线。当电流为10A时，导线为10*300 = 3000cm，次级线圈的线规为16AWG。为了减小表面效应引起的铜损耗，我们建议使用多股薄导线(4股22 AWG相当于单根16 AWG)。 

由于在实现一些安全措施时，会增大回扫变压器的体积，因此，设计工程师还必须检查线轴填充因子及温度上升值。 

定制回扫变压器 

CoEv Magnetics提供各种SMPS变压器以变压器客户需求。这些定制的变压器可为特定应用优化变压器大小、成本和性能，参数选择范围广，其中包括：转换比，电流处理容量 

- 驱动电平 - 电感 

- 泄漏电感 - 自谐振频率 

- DC电阻 - 安装配置 

- 隔离电压 

Steve Chyo 泰科电子高级设计工程师 

Vithi Singh　泰科电子产品经理