最基礎的反激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖。

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在這一電路系統(tǒng)中，Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻。下圖是反激式變壓器開關電源的電壓輸出波形。



開關電源變壓器和開關管一起構成一個自激（或他激）式的間歇振蕩器，從而把輸入直流電壓調制成一個高頻脈沖電壓。

在反激式電路中，當開關管導通時，變壓器把電能轉換成磁場能儲存起來，當開關管截止時則釋放出來。在正激式電路中，當開關管導通時，輸入電壓直接向負載供給并把能量儲存在儲能電感中。當開關管截止時，再由儲能電感進行續(xù)流向負載傳遞。

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變壓器的初級電感量是202uH，參與耦合的卻只有200uH，那么有2uH是漏感。次級是50uH，沒有漏感。

變壓器的電感比是200：50，那么意味著變壓器的匝比NP/NS=2：1設定瞬態(tài)掃描，時間10ms，步長10ns，穩(wěn)態(tài)時的波形：



t0時刻，MOS開通，初級電流線性上升。 t1時刻，MOS關斷，初級感應電動勢耦合到次級向輸出電容轉移能量。漏感在MOS上產(chǎn)生電壓尖峰。輸出電壓通過繞組耦合，按照匝比關系反射到初級。

這些和CCM模式時是一樣的。這一狀態(tài)維持到t2時刻結束。 t2時刻，次級二極管電流，也就是次級電感電流降到了零。這意味著磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。

那么因為二管電流降到了零，二極管也就自動截止了，次級相當于開路狀態(tài)，輸出電壓不再反射回初級了。由于此時MOS的Vds電壓高于輸入電壓，所以在電壓差的作用下，MOS的結電容和初級電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結電容放電。

Vds電壓開始下降，經(jīng)過1/4之一個諧振周期后又開始上升。由于RCD箝位電路的存在，這個振蕩是個阻尼振蕩，幅度越來越小。 t2到t3時刻，變壓器是不向輸出電容輸送能量的。輸出完全靠輸出的儲能電容來維持。

t3時刻，MOS再次開通，由于這之前磁芯能量已經(jīng)完全釋放，電感電流為零。所以初級的電流是從零開始上升的。



繞組的電壓關系——變壓器基本特性 法拉第定律:







根據(jù)法拉第定律，得出輸入輸出電壓的關系：匝數(shù)比



楞次定律---變壓器的電流關系 閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來”阻礙”引起感應電流的磁通量的變化。



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可用作變壓器磁芯的軟磁材料



選擇磁性材料的關鍵點： Ａ：磁心的飽和磁密度 Ｂ：磁心的損耗(儲能與放能之差) ?

關于飽和磁密度： 磁飽和是磁性材料的一種物理特性，指的是導磁材料由于物理結構的限制，所通過的磁通量無法無限增大，從而保持在一定數(shù)量的狀態(tài)。

磁飽和是一種磁性材料的物理特性，磁飽和產(chǎn)生后，在有些場合是有害的，但有些場合有時有益的。比方磁飽和穩(wěn)壓器，就是利用鐵心的磁飽和特性達到穩(wěn)定電壓的目的的。電源變壓器，如果加上的電壓大大超過額定電壓，則電流劇增，變壓器很快就會發(fā)熱燒毀。

假定有一個電磁鐵，通上一個單位電流的時候，產(chǎn)生的磁場感應強度是1，電流增加到2的時候，磁感應強度會增加到2.3，電流是5的時候，磁感應強度是7，但是電流到6的時候，磁感應強度還是7，如果進一步增加電流，磁感應強度都是7不再增加了，這時就說，電磁鐵產(chǎn)生了磁飽和。

有磁芯的電感器有磁飽和問題, 在電感器中加鐵氧體或其他導磁材料的磁芯, 可以利用其高導磁率的特點, 增大電感量減少匝數(shù)減小體積和提高效率. 但是由于導磁材料物理結構的限制, 通過的磁通量是不可以無限增大. 通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數(shù)量將不再增加, 不管你再增加電流或匝數(shù), 就達到磁飽和了. 尤其在有直流電流的回路中, 如果其直流電流已經(jīng)使磁芯飽和, 電流中的交流分量將不能再引起磁通量的變化. 電感器就失去了作用. ?

B-H曲線

用圖形來表示某種鐵磁材料在磁化過程中磁感強度B與磁場強度H之間關系的一種曲線，又叫B-H曲線。這種曲線可以通過實驗方法測得。B與H之間存在著非線性關系。

當H逐漸增大時，B也增加，但上升緩慢（oa段）。當H繼續(xù)增大時，B急驟增加，幾乎成直線上升（ab段），當H進一步增大時，B的增加又變得緩慢，達到c點以后，H值即使再增加，B卻幾乎不再增加，即達到了飽和。

不同的鐵磁材料有著不同的磁化曲線，其B的飽和值也不相同。但同一種材料，其B的飽和值是一定的。



磁場強度和磁感應強度均為表征磁場磁場強弱和方向的物理量

磁感應強度是一個基本物理量,較容易理解,就是垂直穿過單位面積的磁力線的數(shù)量.磁感應強度可通過儀器直接測量.磁感應強度也稱磁通密度,或簡稱磁密.常用B表示.其單位是韋伯/平方米（Wb/m^2）或特斯拉（T）



磁場傳播需經(jīng)過介質（包括真空）,介質因磁化也會產(chǎn)生磁場,這部分磁場與源磁場疊加后產(chǎn)生另一磁場.或者說,一個磁場源在產(chǎn)生的磁場經(jīng)過介質后,其磁場強弱和方向變化了

為了描述磁場源的特性,也為了方便數(shù)學推導,引入一個與介質無關的物理量H,H=B/u0-M,式中,u0為真空磁導率,M為介質磁化強度.這個物理量,就是磁場強度.磁場強度的單位是安/米（A/m）。 ?

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簡單的說：B是結果（最后產(chǎn)生的磁感應結果）、H是外因（外界對介質施加單的磁的強度）。 ? ? ? ?

磁損曲線





磁心的Bmax的選擇方法 ? f

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f*B: 表現(xiàn)一個材料在一個頻率下所能通過的B的能力 ? A.頻率提高, 磁能材料能夠通過功率的能力提高 B.頻率提高到一定程度,會有一個更好的高頻材料來接替 一般情況下，需通過設計保證Bm（最大磁通密度）小于或遠小于Bs（飽和磁通密度），而工作磁通密度是-Bm~Bm間的任意一個數(shù)值。特殊情況下，可有Bm=Bs ? 一般情況下 fs<150KHz,Bmax取決于Bs, ????????????

假設fs=100KHz,取Bs的80%為基準,材質3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT fs>300KHz, Bmax取決磁損Pcv ? 假設頻率fs=400KHz,取單位磁損為300mw/cc,材質N49,????? ?

Bmax=32000HzT/400KHz=80mT fs在150K至300K之間時, Bs和Pcv都考慮,取其小值. ?

假設頻率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv<300mw/cc ? B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT, ? 取B1和B2中的小值作為Bmax=136mT ? ?

選擇磁心的形狀

?線架 Bobbin：

顧名思義，Bobbin(線架或骨架) 在變壓器中起支撐 Coil(線圈) 的作用。

Bobbin 的分類：

1、依據(jù)變壓器的性質要求不同，按材質分為：熱塑性材料，熱固性材料。 熱塑性材料我們常用的有尼龍(NYLON) ，塑料(PET) ，塑料( PBT) 三種。熱 固性材料我們常用到的有電木(PM) 。

2、依據(jù)變壓器的形狀不同，Bobbin 又分為立式，臥式，子母式，抽屜式，單元格，雙格。 ?

特性及用途：

1、電木(PM) ：熱固性材料，穩(wěn)定性高，不易變形，耐溫 150°C，可承受 370°C 的高 溫。表面光滑，易碎，不能回收。用于耐溫較高的變壓器。

2、尼龍(NYLON) ：熱塑性材料，工程塑料，延展性好，不易碎，耐溫 115°C，易吸水，使用前先用 80°C 的溫度烘烤，使固性穩(wěn)定。表面光滑，半透明，不易碎。一般用于耐油性強的變壓器上。

3、塑料(PET) ：熱塑性材料，510 系統(tǒng)，硬性高，易成形。不易變形，耐溫 170°C，表面不光滑，不易碎，一般用于繞線管。

4、塑料(PBT) ：熱塑性材料，較軟，不易變形，不耐高溫(160°C) ，表面不光滑，不易碎一般用于繞線管??





審核編輯：劉清