【導(dǎo)讀】電源工程師想必都知道，磁復(fù)位電路在開關(guān)電源磁性元件中可以說(shuō)是不可或缺的。一旦復(fù)位，輕則帶不起負(fù)載，重則就放鞭炮了。本文就分享變壓器復(fù)位的幾大方法，跟著小編一起來(lái)看看吧！
下面就是我們常見的單端正激電源功率變壓器的主繞組和它的復(fù)位電路：
圖1 單端正激電源功率變壓器的主繞組和它的復(fù)位電路
圖中T1A是主繞組，勵(lì)磁電流和功率傳遞電流都要流過(guò)它，因而繞組用的線也比較大；T1B是復(fù)位繞組，用于開關(guān)管關(guān)閉期間復(fù)位變壓器，由于各繞組間耦合不可能做得很好，變壓器還是有漏磁通存在，有必要在開關(guān)管上加上RCD吸收，防止過(guò)高的電壓損壞開關(guān)管。
在上面的單端正激電路中，為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位，一般情況下要求T1A和T1B繞組匝數(shù)相等，耦合得比較好；在220V市電輸入的電路中，由于開關(guān)管的性價(jià)比問(wèn)題，超過(guò)1000V的管子會(huì)很貴沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還會(huì)要求占空比小于0.5，這種情況下理論上開關(guān)管兩端的電壓不超過(guò)2倍市電峰值電壓。
假設(shè)整流后E1電容兩端的電壓為VE1，開關(guān)管開通時(shí)間是Ton，關(guān)斷時(shí)間是Toff，關(guān)斷后主繞組上的復(fù)位電壓為Vor。按照復(fù)位要求，則有公式：
VE1*Ton=Vor*Toff
為了可靠復(fù)位，往往我們會(huì)要求Vor*Toff>VE1*Ton。
如圖所示的單端正激電路，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，由于D2的堵塞作用T1B繞組中無(wú)電流通過(guò)，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，T1B繞組兩端極性改變，D2導(dǎo)通，變壓器勵(lì)磁電流向電容E1充電，變壓器反向磁化，完成磁復(fù)位過(guò)程。
理論上說(shuō)這個(gè)電路的損耗也不大，但在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)D2和它的吸收回路都很熱。而且磁復(fù)位這部分能量也是再次充入電源高壓電容E1中，并沒有作用于輸出負(fù)載上，做的是無(wú)用功。如此多周期反復(fù)，損耗是在所難免，因?yàn)殡娙荽嬖诘刃щ娮?，充電電流還會(huì)使電容E1溫度上升。
試想一下，如果勵(lì)磁電流能在復(fù)位過(guò)程中向輸出端釋放，我們做的電源是不是可以提升一點(diǎn)效率呢？答案是肯定的！
要想使變壓器復(fù)位，只要我們能保證Vor*Toff>VE1*Ton就可以了。我們可以參考反激電源的復(fù)位電壓VOR產(chǎn)生的方法，假如在變壓器的副邊增加一個(gè)繞組，這個(gè)繞組匝數(shù)對(duì)應(yīng)于原邊繞組匝數(shù)的比例原邊：副邊=N（以下稱匝比），當(dāng)“輸出電壓*匝比N耦合到原邊的電壓（反射電壓）”符合我們要求的復(fù)位電壓時(shí)，變壓器就能很好地復(fù)位。設(shè)輸出電壓為Vout，為了計(jì)算簡(jiǎn)單先忽略二極管正向電壓降（實(shí)際應(yīng)用電壓低于20V就不能忽略，因?yàn)?.5-1V的管壓降占總輸出電壓的比例超過(guò)了5%），以上 Vor*Toff>VE1*Ton 公式可以改為：
Vout*N*Toff>VE1*Ton
只要滿足這個(gè)公式，變壓器就能復(fù)位。
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根據(jù)設(shè)想，我們可以用NCP1252A的IC設(shè)計(jì)一個(gè)電源，原理圖如下圖所示：
圖2 用NCP1252A的IC設(shè)計(jì)一個(gè)電源的原理圖
把變壓器部分的圖放大并標(biāo)注極性：
圖3 變壓器部分的圖放大并標(biāo)注極性
其中NP為原邊主繞組；NS1為副邊主輸出繞組；NS2為副邊嵌位繞組，也是副邊輔助輸出繞組；AUX為原邊輔助供電繞組，給IC供電用的。
一般PFC級(jí)輸出的電壓在380-400V之間，為了達(dá)到輸出保持時(shí)間的要求，我們可以設(shè)定PFC電壓掉到某一個(gè)給定的值時(shí)，IC工作于最大占空比。
NCP1252A這個(gè)設(shè)置可以由2腳的外圍元件（R5，R6，R7）設(shè)定，按圖上標(biāo)示的值，這個(gè)電壓點(diǎn)在290V附近，假設(shè)此時(shí)最大占空比為49%（因?yàn)镮C限制占空比小于50%了）。
下面是變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程：
設(shè)計(jì)輸出電壓為12V；
最大占空比 Dmax=0.49，對(duì)應(yīng)的輸入電壓為290V；
輸出功率200-250W，按經(jīng)驗(yàn)選ER3542臥式磁芯及配套骨架，磁芯AE:107mm2，AL=2770；
開關(guān)頻率100Khz，MOS最大導(dǎo)通時(shí)間4.9uS，關(guān)閉時(shí)間5.1uS；
肖特基整流，整流管正向壓降VF選取0.65V；
磁芯穩(wěn)定工作時(shí)磁擺幅應(yīng)該保證磁芯不飽和，一般選取0.25T。
習(xí)慣于倒推方式設(shè)計(jì)變壓器,將輸出部分重新截圖如下，方便理解：
圖4 輸出部分截圖
[page] 步驟1：我們假設(shè)線路損耗是0.2V，則要求A到GND端的最小輸出電壓應(yīng)該是：
VA=（Vo+VF+0.2）/Dmax=（12+0.65+0.2）/0.49=26.22（V）
步驟2：計(jì)算出變壓器匝比
在最大占空比時(shí)的輸入電壓為290V，此時(shí)最小輸出電壓已經(jīng)由上式算出，所以匝比=電壓比
匝比N=290/26.22=11.06
供電帶穩(wěn)壓措施，電流也比較小，可以按每匝電壓多少V選取一個(gè)合適的值。
步驟3：按NP=Vinmin*Ton/（Bm*AE）計(jì)算出原邊匝數(shù)，由磁芯AL值計(jì)算出原邊的電感量；
式中單位分別為：
NP：匝數(shù)；
Vinmin：最低輸入電壓，單位伏特V；
Ton：MOS導(dǎo)通時(shí)間，單位微秒uS；
Bm：磁芯工作時(shí)磁擺幅，單位特斯拉T；
AE：磁芯有效截面積，單位平方毫米mm2；
得到NP=290*4.9/(0.25*107)=53.12
匝數(shù)取整數(shù)，結(jié)果為53匝；
磁芯AL值上面已經(jīng)給出，值為2770，所以原邊電感量L=2770*53*53（nH），約等于7.78mH。
步驟四：由匝比N計(jì)算出副邊主繞組匝數(shù)NS1
NS1=NP/N=53/11.06=4.79
取整數(shù)，結(jié)果為5匝;
由副邊匝數(shù)可以推出每匝伏數(shù)為26.22V/5匝=5.244V/匝，看了 IC規(guī)格書，我選擇供電在12V以上18V以下，供電繞組繞3匝就行。
步驟五：
由伏秒關(guān)系Vout*N*Toff>VE1*Ton可以計(jì)算出原邊匝數(shù)和復(fù)位繞組匝數(shù)的變比Nf；
實(shí)際上復(fù)位繞組兩端電壓要比輸出電壓高一個(gè)二極管壓降0.65V，將上面公式調(diào)整變換一下，得到
Nf>Vin*Ton/[（Vout+0.65）*Toff]>290*4.9/[（12+0.65）*5.1]>22.03
得到匝比，按匝比計(jì)算出復(fù)位繞組匝數(shù)
NS2=NP/Nf=53/22.03=2.4（匝）
因?yàn)橐笤驯却笥?2.03，所以只能取整數(shù)為2匝。
變壓器線徑選擇：
設(shè)輸出是12V18A，變壓器轉(zhuǎn)換效率為0.95，其他條件按上面計(jì)算的結(jié)果，得出初級(jí)峰值電流約1.79A，有效值電流1.24A，線用6A/mm2選0.45線兩根;次級(jí)電流有效值約12.56A，用0.6的線9根并聯(lián)；復(fù)位繞組0.6線3根并聯(lián)繞制。
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