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反激式开关电源变压器的设计分析

摘要：反激式开关电源变压器设计效果对其电源输出电压的稳定性有着较大的影响，是其设计研究和关注的重点内容之一。本文结合反激式开关电源的工作原理，根据其性能特点对反激式开关电源变压器的设计进行研究，以为有关实践及研究提供参考。
关键词：反激式开关电源；变压器；设计；工作原理
反激式开关电源在各种电气设备与电力系统中应用较为广泛，且具有体积小、质量轻以及效率高等突出特征和优势。通常情况下，功率开关管以及PWM控制器、变压器等作为开关电源的重要结构部件，对其工作运行的性能效果也有着十分重要的作用和影响。其中，变压器在开关电源中是以电压转换、磁能转换以及绝缘隔离等作用为主，其作为开关电源的核心部件，设计质量与性能效果直接影响着开关电源的技术性能与运行使用可靠性。因此，本文将结合反激式开关电源工作原理，对其变压器设计进行研究，以供参考。
一、反激式开关电源工作原理及性能特征分析
1.1反激式开关电源及其性能特征
综合现有的反激式开关电源产品情况，其中，TOPSwitch-GX系列开关电源作为较为常见的产品类型，不仅在市场中相对多见，并且在电气设备与电力系统中应用也比较广泛。TOPSwitch-GX系列开关电源是利用具有高效节能效益的集成电路技术设计实现，其全频时开关工作频率更是达到132KHz，且变压器与电源体积和其他开关电源相比明显减小，同时该系列开关电源中还采用了线电压作为前馈，以对开关电源低压工作状态下的输出电源纹波进行有效减小，并实现高压工作状态下的最大占空比限制，使其具备更大的占空比。TOPSwitch-GX系列开关电源产品还通过反馈电流进行占空比调节，使其能够在输出电压降低情况下，通过光耦反馈电路降低其反馈电流，从而增加占空比，提升输出电压，以确保整个系统或设备运行中的输出电压保持不变，同样，在输出电压升高情况下，也能够利用内部调节对输出电压的变化进行控制，以满足电源开关电压稳定性控制目的。
1.2反激式开关电源的工作原理
根据上述对TOPSwitch-GX系列开关电源性能的分析，以TOPSwitch-GX系列单端反激式开关电源为例，这类开关电源是指高频变压器磁芯仅在磁滞回线的一侧进行工作，也就是说开关电源变压器的器件只存在漏极D这一唯一脉冲调制信号功率输出端，而反激式开关电源则是指开关电源的功率开关管MOSFET在导通状态下，高频变压器初级绕组中的感应电压表现为上正下负，而整流二极管则为截止状态，以在初级绕组中进行能量储存；同时，在开关电源的功率开关管MOSFET为截止状态时，其变压器初级绕组中所储存能量则能够通过整流二极管和次级绕组进行整流与滤波电容滤波后向负载端输出，从而使开关电源通过开关频率实现次级电流控制，以达到相应的电源控制目的。如下图1所示，即为反激式开关电源的电路结构与工作原理示意图。
图1反激式开关电源的电路结构与工作原理示意图
此外，结合上述反激式开关电源的工作原理分析，根据TOPSwitch-GX系列开关电源的性能特点，由于电源开关工作运行中开关频率能够达到132KHz，会造成电源开关的高频变压器进行快速储能与释放电能，从而对性能及运行效果产生不利影响，针对这种情况在经过高频整流滤波后则能够进行相应的直流电压输出获取，从而实现电压稳定性控制。
二、反激式开关电源变压器的设计研究
结合上文对反激式开关电源的性能与工作原理分析，在对反激式开关电源变压器的传统设计中，不仅设计方法与计算公式相对复杂，且其中涉及的参数较多，计算过程也比较麻烦，导致变压器设计效果以及开关电源的稳压可靠性存在不利影响。因此，根据上述TOPSwitch-GX系列开关电源技术，以TOP246YN为基础对反激式开关电源变压器设计进行分析。
由于反激式开关电源的变压器在开关电源中不仅是一个储能元件，同时也是实现能量传递的主体，能够在功率开关管导通情况下进行储能和截止情况下向负载端进行能量释放，并且在功率开关管的作用下实现直流电向方波转变以在开关电源变压器中施加，从而通过电磁转换实现所需电压输出。根据这一规律，以输入电压为85至265V的单相交流电压、最大输出电压/电流为24V/1A、输入电源频率为50Hz、开关工作频率为132KHz、开关管导通压降为10V、期望工作效率为80%作为参数标准，那么，首先在反激式开关电源变压器的磁芯设计与选择中，从磁芯材料的价格以及性能等方面考虑，可以选择具有较高性价比的铁氧体材料作为磁芯材料，并且其形状选择也较为多样。因此，结合高磁通密度应用功率的铁氧体材料使用频率在25至200KHz之间，在作为开关电源变压器磁芯情况下，其高频变压器磁芯截面积则可以通过下列公式（1）进行计算求出。其中，表示高频变压器磁芯截面积，而表示最大承受功率，
根据上述反激式开关电源变压器设计方法，在对变压器各参数计算获取情况下并验证分析情况下，即可获取能够满足所设置性能指标，从而对所设计变压器在应激式开关电源中的运行使用效果进行保障。如下图2所示，即为根据上述方法所设计的应激式开关电源变压器在交流输入为85和265V情况下的功率开关管漏-源极电压波形变化效果图，根据该图可以看出所设计变压器在应激式开关电源中具有较好的储能与释能效果。
图2
三、结束语
总而言之，对反激式开关电源变压器设计研究，有利于促进其在实际中设计应用，从而确保应激式开关电源的运行使用效果，促进其性能改善，具有十分积极的作用和意义。
参考文献：
[1]王其轩,王振宇,陈北辰,等.一种新型高性能开关电源的设计与实现[J].电测与仪表,2018(12)27:1-6.
[2]蒋德智.一种基于TL2844B的变频器用反激式开关电源设计[J].电子世界,2018(22):176-177.
[3]黄鲁晨,黄辉,董雅茹,等.基于TOP224YN的380V交流输入反激式辅助电源的研制[J].电子产品世界,2018,25(10):53-56.
[4]石静波.反激式开关电源的电磁兼容分析与研究[J].科学技术创新,2018(12):180-181.

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