单端反激式开关电源变压器铜损研究

摘要：单端反激式开关电源的变压器由于具有储能和变压器的双重功能，在设计上相对较为复杂。在设计变压器时，为使所选变压器骨架磁芯在满足设计要求的情况下，尽量做到最优化，因此对变压器的选型就显得非常重要。而选型的最为关键的一点就是变压器的温升要满足要求。变压器的温升主要由铜损与铁损组成，本文正是从开关电源的基本公式出发，推导出变压器的铜损的具体表达方程式，从而揭示其与变压器及开关电源的相关参数的关系。为变压器选型作参考。

关键词：单端反激式开关电源；铜损

引言

开关电源是上世纪50年代才发展起来的，因其自身的体积小，重量轻，效率高的特点被广泛应用于各个领域产品的供电装置。在开关电源的拓扑结构里，输出功率小于100W的开关电源一般都采用单端反激式。其结构见下图。

其中，Q2是开关管，B1是变压器，D7是输出整流二极管，C7是输出电容。后级的L2，C8是输出滤波器，是為获得更低的输出纹波而设置的。由图可见，单端反激式变换器的结构简单，使用的元器件较少，因此，在小功率的开关电源里应用十分广泛。

从图中可以看出，变压器的初级绕组与次级绕组的相位有个特点，即初级绕组的连接开关管的一端与次级绕组的连接输出整流二极管的一端是同名端。这就是说，只有当开关管关断时，输出二极管才导通，变换器才向输出传送能量，并向输出电容C7充电。而在开关管导通时，输出二极管D7是截止的。此时的输入能量存储在初级绕组中，输出的能量则靠输出电容C7提供。

从上可知，单端反激变换器的特点是，开关管导通时，变压器储存能量，负载电流由输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传送到负载和输出滤波电容，以补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。

由于反激变换器的变压器除了作电压变换外，还起了储能电感的作用。因此，反激变换器的输出端就不再需要储能电感，这也是反激变换器的最主要优点。特别是在多组输出中，由于没有储能电感，就可以使得反激变换器的体积可以作得较小，成本也更具优势，因此得到广泛应用。

在单端反激的设计中，变压器是关键件，而设计变压器的主要目标是满足温升及EMI.EMI是由变压器的工艺决定的，而变压器的温升由铜损和铁损决定。变压器的最佳设计是铜损与铁损相当，因此，变压器的铜损确定后基本上就确定了变压器的温升。本文主要对变压器的铜损作出理论分析。特别地，本文计算的铜损是在忽略临近效应和驱肤效应下进行的。

一、变压器铜损计算

为方便计算，设开关电源工作于临界模式。

1.变压器初级铜损计算。

1.1初级有效值电流计算

二、结论

从上式可以看出，变压器的铜损跟输出功率的平方成正比，跟工作磁通密度及变压器磁芯有效截面积以及工作频率成反比。输入电压越低，铜损越大，输出电压越低，铜损也越大。当然，初次级铜线的截面积越大，铜损也就越低。

作者简介：

湛禄，男，1968年8月，籍贯：重庆涪陵，工程师，开关电源。