確定返馳式變壓器：繞組匝數(shù)比及其電感

　　設(shè)計人員不得不處理的第一個難題就是確定返馳式變壓器。通常他們可以從返馳式電源變壓器標(biāo)準(zhǔn)目錄中進(jìn)行選擇，而無需更昂貴的定製變壓器。許多供應(yīng)商都可以針對不同應(yīng)用和功率大小提供完整系列的變壓器，但重要的是要了解如何選擇最合適的變壓器。除了二次側(cè)繞組的功率大小和匝數(shù)，變壓器還可根據(jù)一次側(cè)/二次側(cè)繞組匝數(shù)比，以及一次側(cè)或二次側(cè)電感來分類。

　　如果忽略開關(guān)MOSFET和輸出整流二極體兩端壓降的影響，在穩(wěn)態(tài)執(zhí)行條件下，導(dǎo)通時間（）的電壓*秒應(yīng)該等于切斷期間（）電壓*秒：

　　（1）

　　公式中：

　　是輸入電壓

　　是輸出電壓

　　是返馳式變壓器的一次側(cè)匝數(shù)/二次側(cè)匝數(shù)匝比

　　那么，最大佔空比的數(shù)匝比和最小輸入輸出電壓之間的直接關(guān)係是：

　　（2）

　　其中D為佔空比：/開關(guān)週期。

　　在許多情況下，選定的最大佔空比為50%，但是在寬輸入電壓範(fàn)圍的應(yīng)用中，重要的是要了解如何最佳化以下關(guān)係：最大佔空比、變壓器匝比、峰值電流和額定電壓。

　　返馳式拓樸結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點之一是可以在佔空比大于50%的條件下工作。最大佔空比的增加降低了變壓器一次側(cè)的峰值電流，因而達(dá)到一次側(cè)銅變壓器更高利用係數(shù)的效果，并降低輸入源的紋波。同時，最大佔空比的提高可增加主開關(guān)MOSFET漏源極之間的最大應(yīng)力電壓，并增加二次側(cè)的峰值電流。

　　在開始設(shè)計轉(zhuǎn)換器之前，重要的是要了解最大佔空比、變壓器一次側(cè)/二次側(cè)匝數(shù)比（Np/Ns）、一次側(cè)MOSFET的最大電壓應(yīng)力、一次側(cè)和二次側(cè)最大電流之間的關(guān)係。

　　公式（2）顯示輸出電壓Vo和輸入電壓Vi（因為其簡單性沒有考慮Q1和二次側(cè)整流管Q2兩端的壓降）之間的主要關(guān)係。為了確保在整個輸入電壓範(fàn)圍Vo的穩(wěn)壓，最大佔空比可以任意選定一個《1的理論值。

　　然后可以計算Np/Ns：

　　（3）

　　此處表示主MOSFET的漏源極之間的最大電壓，可由公式（4）及公式（5）和（6）得知，分別表示了變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的平均電流。

　　公式中：

　　是二次側(cè)整流二極體的正向壓降

　　是傳導(dǎo)期間開關(guān)MOSFET的壓降

　　是整體電源效率

　　是最大輸出電流

　　透過最大化佔空比的利用係數(shù)U（D）函數(shù)可以得到最佳佔空比：

　　利用係數(shù)（Ui）是用輸出功率除以二次側(cè)開關(guān)MOSFET和整流二極體的總最大應(yīng)力之和得出的。

　　圖2：典型返馳式轉(zhuǎn)換器的利用係數(shù)與佔空比的關(guān)係，最大化利用係數(shù)的佔空比為30-40%。

　　圖中的兩條曲線顯示只考慮開關(guān)MOSFET應(yīng)力（藍(lán)色虛線）計算出來的利用係數(shù)，以及考慮二次側(cè)開關(guān)MOSFET和整流二極體（紅色虛線）的利用係數(shù)。

　　如果要最佳化額定輸入電壓的電源效率，一次側(cè)/二次側(cè)變壓器匝數(shù)比就得利用佔空比來計算，以使利用係數(shù)最大化，其典型值在30-40%之間。

　　上面的曲線考慮的是主動元件上的理論應(yīng)力電壓。在實際進(jìn)行時，更重要的是評估MOSFET最大應(yīng)力電壓和變壓器數(shù)匝數(shù)比如何隨所選擇的最大佔空比而變化，并選擇一個可在開關(guān)MOSFET的一定最大擊穿電壓內(nèi)給出‘圓形’（round）匝數(shù)比值。