aC-DC 5W磁参数计算
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第一部分  变压器的设计
一、变压器设计步骤：
由于XRA05/110S05是采用反激的电路拓扑结构，故变压器按反激变压器进行设计。具体步骤如下：
1、决定电源参数。
2、计算电路参数。
3、选择磁芯材料。
4、选择磁芯的形状和尺寸。
5、计算变压器匝数、有效气隙电感系数及气隙长度。
6、选择绕组线圈线径。
7、计算变压器损耗和温升。
下面就按上述步骤进行变压器的设计。
二、设计过程：
1、电源参数：（有些参数为指标给定，有些参数从资料查得）
最小交流输入电压值:
Vacmin=
85
V
最大交流输入电压值:
Vacmax=
265
V
电网频率:
FL=
50～440
Hz
变压器工作频率:
Fs=
60000
Hz
输出电压:
Vo=
5.1
vbd设计
V
输出电流:
Io=
1．0
A
输出功率:
Po=
5.1
W
电源整机效率:
η≥
0.75
损耗分配因数:
Z=
0.5
自供电电压:
VB=
10
V
整流桥的导通时间:
tC=
0.0032
S
输入电容容量:
CIN=
10
uF
最大占空比:
DNAX=
0.47
电流比例因数:
KRP=
0.65
初、次级之间耐压:
≥2500
Vac
2、计算电路参数：
最低直流输入电压：
将相关参数代入上式：Vdcmin=72(v)
最高直流输入电压：
计算低端输入时：
原边平均输入直流电流值：
原边峰值电流：
原边脉动电流：
原边有效值电流：
变压器原边电感量：
      Z为损耗分配因数，如果Z=1.0表示所有损耗都在副边，如果Z=0表示所有的损耗都在原边，在这里取Z=0.5表示原副边都存在损耗。
3、选择磁芯材料：
铁氧体材料具有电阻率高，高频损耗小的特点，且有多种材料和磁芯规格满足各要求，加之价格较其它材料低廉，是目前在开关电源中应用最为广泛的材料。同时也有饱和磁感应比较低，材质脆，不耐冲击，温度性能差的缺点。
在此次设计中，采用的是用于开关电源变压器及传输高功率器件的MnZn功率铁氧体材料PC40,其初始磁导率为2300±25％，饱和磁通密度为510mT（25℃时）/390mT（100℃时）,居里温度为215℃。
选择磁芯材料为铁氧体，PC40。
4、选择磁芯的形状和尺寸：
在这里用面积乘积公式粗选变压器的磁芯形状和尺寸。具体公式如下：
反激变压器工作在第一象限，最高磁密应留有余度，故选取BMAX=0.3T，反激变压器的系数K1=0.0085（K1是反激变压器在自然冷却的情况下，电流密度取420A/cm2时的经验值。）
 
磁芯型号：查EPC磁芯系列—EPC19，磁芯参数为：
磁芯有效截面积:
Ae=
22.7
mm2
磁芯窗口面积:
Aw=
50
mm2
磁路长度:
Le=
0.461
mm
无气隙电感系数:
Al=
940
nH/T2
磁芯体积:
Ve=
0.9
cm3
骨架绕线宽度:
Bw=
11.9
mm
EPC磁芯主要为平面变压器设计的，具有中柱长，漏感小的特点。EPC19磁芯的AP值约为0.11cm4，稍大于计算所需的AP=0.09 cm4。若再选用小一号的磁芯EFD15,其AP值约为0.047 cm4，小于计算所需的AP=0.09 cm4，不符合要求，故选用EPC19磁芯。
5、计算变压器各绕组匝数、有效气隙电感系数及气隙长度：
原边绕组匝数：   
副边绕组匝数：             
上式中：VD为输出整流管正向压降，由于选用肖特基二极管，故其正向压降为0.4V，
VDS是VIPer导通期间漏极-源极的平均电压值，主要与原边电流大小、导通时的漏源间电阻RDS(ON)、工作温度有关，在这里设为5V。
自供电匝数NB：采用简单的半波整流电路，可依副边匝数的思路进行计算:
VBD为自供电整流管正向压降，由于选用了普通硅二极管，故其正向压降为0.7V。
有效气隙电感系数：
无气隙时的相对磁导率:
气隙长度：
6、选择绕组导线线径：
变压器有效的骨架宽度：
LX为原边绕组层数，在这里采用4层。
M为线圈每端需要的爬电距离，在这里取2mm。
计算原边绕组导线允许的最大直径（漆包线）：
根据上述计算数据可采用裸线径DIA=0.23mm的漆包线绕置，其带漆皮外径为0.27mm，刚好4层可以绕下。
根据所选线径计算原边绕组的电流密度：
计算副边绕组导线允许的最大直径（漆包线）：
    根据上述计算数据可采用裸线径DIASS=0.72mm的漆包线绕置，但由于在温度100℃、工作频率为60KHz时铜线的集肤深度：，而0.72mm大于了2倍的集肤深度，使铜线的利用率降低，故采用两根0.35mm的漆包线并绕。
副边峰值电流： 
副边有效值电流：
根据所选线径计算副边电流容量： 
自供电绕组线径：由于自供电绕组的电流非常小只有5mA，因此对线径要求并不是很严格，在这里主要考虑为便于与次级更好的耦合及机械强度，因此也采用裸线径为0.35mm的漆包线进行绕置，使其刚好一层绕下，减小与次级之间的漏感，保证短路时使自供电电压降低。
7、计算变压器损耗和温升
变压器的损耗主要由线圈损耗及磁芯损耗两部分组成，下面分别计算：
1）线圈损耗：
原边直流电阻：
为100℃铜的电阻率为2.3×10-6（·cm ）； 为原边绕组的线圈长度，实测为360cm；A为原边0.23mm漆包线的截面积。
原边直流损耗：
原边导线厚度与集肤深度的比值：
    d为原边漆包线直径0.23mm，s为导线中心距0.27mm，为集肤深度0.31mm。
原边交流电阻与直流电阻比：由于原边采用包绕法，故原边绕组层数可按两层考虑，根据上式所求的Q值，查得。
原边交流电阻：
原边交流电流分量有效值：
原边交流电损耗：
原边绕组线圈总损耗：
副边直流电阻：
为100℃铜的电阻率为2.3×10-6（·cm ）； 为副边绕组的线圈长度，实测为80cm；A为副边两根0.38mm漆包线的截面积。
副边直流损耗：
副边导线厚度与集肤深度的比值：
    d为副边漆包线直径0.35mm，s为导线中心距0.41mm，为集肤深度0.31mm。
副边交流电阻与直流电阻比：副边绕组层数为一层，根据上式所求的Q值，查得。
副边交流电阻：
副边交流电流分量有效值：
副边交流电损耗：
副边绕组线圈总损耗：
总的线圈损耗：
2）磁芯损耗：
峰值磁通密度摆幅：
磁芯损耗：
Pcv为磁芯功率损耗，由峰值磁通密度摆幅、工作频率60KHz及工作温度100℃可在厂家手册上查出其损耗约为30 mw/cm3。
  Ve为EPC19的体积0.105 cm3。
变压器总的损耗： 
    变压器热阻：
    变压器最大温升：
  总结：通过上述计算可知，当环境温度为85℃时，变压器最高温度在96℃左右，符合磁芯的最佳工作温度。同时采用包绕法使得漏感仅为70uH(1KHz时)/15uH(100KHz时)，小于3%，效果较理想。
《参考文献》
1、《现代高频开关电源实用技术》 刘胜利 编著 电子工业出版社  2001年
2、《开关电源中磁性元器件》 赵修科 主编  南京航空航天大学自动化学院  2004年
3、《TDK磁材手册》 日本TDK公司  2005年

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