确定返驰式变压器 - 典型返驰式拓扑设计——实现最佳化电源

　　确定返驰式变压器：绕组匝数比及其电感

　　设计人员不得不处理的第一个难题就是确定返驰式变压器。通常他们可以从返驰式电源变压器标準目录中进行选择，而无需更昂贵的定製变压器。许多供应商都可以针对不同应用和功率大小提供完整系列的变压器，但重要的是要了解如何选择最合适的变压器。除了二次侧绕组的功率大小和匝数，变压器还可根据一次侧/二次侧绕组匝数比，以及一次侧或二次侧电感来分类。

　　如果忽略开关MOSFET和输出整流二极体两端压降的影响，在稳态执行条件下，导通时间（）的电压*秒应该等于切断期间（）电压*秒：

　　（1）

　　公式中：

　　是输入电压

　　是输出电压

　　是返驰式变压器的一次侧匝数/二次侧匝数匝比

　　那么，最大佔空比的数匝比和最小输入输出电压之间的直接关係是：

　　（2）

　　其中D为佔空比：/开关週期。

　　在许多情况下，选定的最大佔空比为50%，但是在宽输入电压範围的应用中，重要的是要了解如何最佳化以下关係：最大佔空比、变压器匝比、峰值电流和额定电压。

　　返驰式拓朴结构的主要优点之一是可以在佔空比大于50%的条件下工作。最大佔空比的增加降低了变压器一次侧的峰值电流，因而达到一次侧铜变压器更高利用係数的效果，并降低输入源的纹波。同时，最大佔空比的提高可增加主开关MOSFET漏源极之间的最大应力电压，并增加二次侧的峰值电流。

　　在开始设计转换器之前，重要的是要了解最大佔空比、变压器一次侧/二次侧匝数比（Np/Ns）、一次侧MOSFET的最大电压应力、一次侧和二次侧最大电流之间的关係。

　　公式（2）显示输出电压Vo和输入电压Vi（因为其简单性没有考虑Q1和二次侧整流管Q2两端的压降）之间的主要关係。为了确保在整个输入电压範围Vo的稳压，最大佔空比可以任意选定一个《1的理论值。

　　然后可以计算Np/Ns：

　　（3）

　　此处表示主MOSFET的漏源极之间的最大电压，可由公式（4）及公式（5）和（6）得知，分别表示了变压器一次侧和二次侧的平均电流。

　　公式中：

　　是二次侧整流二极体的正向压降

　　是传导期间开关MOSFET的压降

　　是整体电源效率

　　是最大输出电流

　　透过最大化佔空比的利用係数U（D）函数可以得到最佳佔空比：

　　利用係数（Ui）是用输出功率除以二次侧开关MOSFET和整流二极体的总最大应力之和得出的。

　　图2：典型返驰式转换器的利用係数与佔空比的关係，最大化利用係数的佔空比为30-40%。

　　图中的两条曲线显示只考虑开关MOSFET应力（蓝色虚线）计算出来的利用係数，以及考虑二次侧开关MOSFET和整流二极体（红色虚线）的利用係数。

　　如果要最佳化额定输入电压的电源效率，一次侧/二次侧变压器匝数比就得利用佔空比来计算，以使利用係数最大化，其典型值在30-40%之间。

　　上面的曲线考虑的是主动元件上的理论应力电压。在实际进行时，更重要的是评估MOSFET最大应力电压和变压器数匝数比如何随所选择的最大佔空比而变化，并选择一个可在开关MOSFET的一定最大击穿电压内给出‘圆形’（round）匝数比值。