反激变压器设计计算器
11 步设计链:母线实算 → Vor 与 MOS 耐压档 → Krp 修正 Lm/Ipk → AP 法选磁芯 → 趋肤选线 → 窗口校验与反解 → 电容/二极管/RCD
适用场景:能算什么
反激(Flyback)是小功率开关电源最常用的拓扑。本计算器按 Fairchild 反激设计思路把整条设计链一次走完: 由输出规格汇总 Po/Pin,母线电压不拍脑袋——输入滤波电容 Cin 放电实算纹波与最低母线 Vdcmin;再由 Dmax 定反射电压 Vor,叠加最高母线与尖峰裕量判定 MOS 耐压档; Krp(纹波系数)修正下算初级电感 Lm 与峰值/有效值电流;AP 法 + Ve 速估两式交叉印证磁芯档位。
往下是磁性件落地:匝数按 Bmax 约束算出连续解后取整回算——实际匝比、Vor 偏移与实际占空比 全部按取整后的匝数重算并提示;选线按 20 ℃ 铜趋肤深度 δ 约束单线直径(≤ 2δ,超出改 R20 细线并绕), 按各路 Irms/J 取铜截面积;窗口填充校验不合格时给两条反解:换 Aw 更大的磁芯(临界值), 或提电流密度 J 离散重选线复算。最后逐路出输出电容 ESR/容量双约束与二极管耐压档, 以及 RCD 吸收的箝位电阻/功耗/电容全套参数。
不能算什么(口径红线):不含多路输出的交叉调整率(由绕制工艺与后级稳压决定)、 Vcc 绕组功率按 mA 级忽略(只参与选线与窗口)、不含 EMI 与反馈环路补偿设计; 不内置磁芯 Ae/Aw 数值表与器件选型表——Ae/Aw/Vf/额定值全部由你按选定的厂商规格书填写, MOS 与二极管只给耐压档位建议;Bm/J/Ku/Ki/Krp/尖峰裕量/漏感估算比等系数全部是工程惯例/经验值,可调。
本工具输出为设计参考值:变压器最终参数以打样实测(电感量、漏感、温升、饱和裕量)为准;Bm/J/Ku/Ki/Krp/尖峰裕量等系数为工程惯例经验值,可按本厂台账调整。
反解给出的是临界值或离散可行解,实际取值应在其上再留一档; 电感量、漏感、温升与饱和裕量必须在样机上实测固化,RCD 参数对漏感极敏感,有实测漏感务必填实测。
下表是小功率反激的跨厂商工程惯例区间,只给型号方向、不给任何尺寸; 最终以计算器给出的 AP 需求与 Ve 速估,对照你选定的厂商规格书核实(本页不内置磁芯数值表)。
| 输出功率段 | 常见磁芯型号方向 | 口径 |
|---|---|---|
| 5 W 以下 | EE10 / EE13 | 工程惯例/经验值 |
| 5~10 W | EE16 | 工程惯例/经验值 |
| 10~20 W | EE19 / EE20 | 工程惯例/经验值 |
| 20~40 W | EE25 | 工程惯例/经验值 |
| 40~65 W | EE28 / EER28 | 工程惯例/经验值 |
档位只是初筛起点:同一型号不同厂商的 Ae/Aw 不同,频率、磁密与散热条件变了档位也会变。 把选定磁芯的 Ae/Aw 按规格书填进下方会员段,AP 需求、窗口填充与磁密会按你的实际参数逐条判定。
母线由 Cin 放电实算 → Vor 与 MOS 耐压档判定 → Krp 修正 Lm/Ipk/Irms → AP 法 + Ve 速估选磁芯 → 匝数取整回算 Vor 偏移 → 趋肤约束 R20 选线 → 窗口填充校验与双路反解 → 输出电容双约束、二极管耐压档、RCD 全套参数,直接当设计参考依据。
电网与母线
最低母线由输入滤波电容放电实算——Cin 直接决定母线纹波与 Vdcmin
输出规格
1~4 路输出;第 1 路为主输出——匝数链、Vor 回算与判定都以它为基准
工作点
Krp 是纹波系数:1 = 临界/断续(DCM),<1 = 连续(CCM)——选模式带出典型值,也可手改
磁性与磁芯
系数全部是工程惯例/经验值(用户可调,按本厂台账修正);Ae/Aw 手填
功率 → 磁芯型号经验档位(工程惯例/经验值,只作初筛):5 W 以下 EE10/EE13;5~10 W EE16;10~20 W EE19/EE20;20~40 W EE25;40~65 W EE28/EER28 —— 最终以 AP 需求与 Ve 速估对照你选定的规格书核实。
器件与吸收
MOS 只判耐压档、不替选型;RCD 参数对漏感极敏感,有实测漏感务必填实测
Krp 是什么?和 CCM/DCM 有什么关系?
Krp 是初级电流纹波系数(AN-4137 的 KRF 口径):导通期电流纹波峰峰值的一半与直流平均值之比,即 Krp = ΔI/(2·IEDC)。Krp = 1 时 ΔI = 2·IEDC,电流正好回到零,对应临界连续(BCM)或断续(DCM)模式;Krp < 1 表示电流不回零,对应连续(CCM)模式,常见取 0.4~0.8,越小初级电感越大、峰值与有效值电流越小,但磁件更大。它是工程惯例口径不是标准定义,本工具选 CCM/DCM 模式会带出典型值(0.6 / 1),也可以手改——手改后 Krp 直接影响 Lm = (Vdcmin·Dmax)²/(2·Pin·fs·Krp) 和整条电流链(IEDC = Pin/(Vdcmin·Dmax),Ipk = IEDC+ΔI/2)。
Vor(反射电压)为什么决定 MOS 的耐压?
MOS 关断瞬间承受的电压是三部分叠加:最高直流母线 Vdcmax = √2·Vacmax,加上次级折射回初级的反射电压 Vor,再加上漏感引起的尖峰裕量 Vspike。所以 Vstress = Vdcmax + Vor + Vspike,再除以 0.85 降额系数(工程惯例)得到耐压需求,对照 600/650/700/800/900/1200 V 标准档位给建议。Vor 本身 = Dmax/(1−Dmax)·Vdcmin:占空比取得越大 Vor 越高、MOS 应力越高,但次级二极管耐压越低——Vor 是初次级器件应力的总开关,全范围输入下通常先由 MOS 耐压档反推 Vor 上限。样例 90~264 VAC、Vor = 79.7 V、尖峰裕量 50 V 时应力 503.1 V,需求 591.9 V,正好落在 600 V 档。
AP 法选磁芯是什么?
AP(Area Product,面积积)= 磁芯有效截面积 Ae × 窗口面积 Aw,单位 cm⁴。它把「要传多少功率、开关频率、允许磁密、电流密度、窗口利用率」揉成一个数:AP = Pt·10⁴/(2·fs·Bm·J·Ku·Ki),算出需求值后去厂商规格书里挑 AP 不小于它的磁芯即可,不用逐颗试算。本工具同时给 Ve 速估(Ve ≈ 5555·Po/fs(kHz),工程经验式)交叉印证磁芯档位。注意:本工具不内置任何磁芯的 Ae/Aw 数值表——AP 需求只是「要至少多大的磁芯」,Ae/Aw 由你按选定的规格书手填回来做窗口与磁密校验。Bm/J/Ku/Ki 全部是工程惯例/经验值,可调。
趋肤深度为什么限制线径?
高频电流集中在导线表层流动,表层厚度(趋肤深度)δ = √(ρ/(π·fs·μ0)),频率越高 δ 越小——65 kHz 时 20 ℃ 铜的 δ 约 0.26 mm。导线直径超过 2δ 后,中心部分几乎不走电流,等于白花钱还多占窗口。所以本工具按单线直径 ≤ 2δ 约束:电流不够就并绕多股细线(R20 优先数系线径,1~8 股离散搜索),而不是加粗单线。样例 δ = 0.259 mm,主路次级 Irms 2.846 A 就是按 0.5 mm × 4 股并绕解决的。温度口径说明:本工具统一用 20 ℃ IACS 铜电阻率(ρ = 1/58 Ω·mm²/m),部分资料按 70 ℃ 给出更大的 δ,差异来自电阻率温度口径。
窗口为什么填不满?填充比超过 Ku 怎么办?
磁芯窗口不可能 100% 走铜:漆包线有漆膜、层间要绝缘胶带、初次级之间要挡墙满足安规爬电距离、绕制还有空隙,窗口利用系数 Ku 常见只有 0.2~0.4(工程惯例/经验值,按本厂绕制工艺修正)。判定口径是 Σ(匝数×铜截面积)/Aw ≤ Ku。填不下时本工具给两条反解:反解 A 算所需窗口 Aw ≥ 总铜/Ku(临界值,换磁芯时在它之上再留一档);反解 B 提高电流密度 J(经验区间 1.5~6 A/mm²)离散重选线复算,给出可行 J 与新选线。J 提高意味着铜损与温升上升,受温升约束,以打样实测为准。
漏感怎么测?估多少?
用电桥测初级电感:把全部次级绕组短路,测得的初级电感就是漏感 Llk(开路测的是励磁电感 Lm)。打样前没有实测值时,工程惯例按 Lm 的 1%~5% 估(本工具填 0 默认按 1.5% 估)。漏感直接决定 RCD 吸收的损耗 P = ½·Llk·Ipk²·fs,进而决定箝位电阻阻值与功率——漏感差一倍,吸收电阻功耗就差一倍,所以有实测值务必填实测。漏感还决定关断尖峰的高度,与 MOS 尖峰裕量 Vspike 的取值联动,最终以样机实测波形修正。
为什么不内置磁芯 Ae/Aw 数值表和器件选型表?
同一型号磁芯(如 EE16)不同厂商、不同材质的 Ae/Aw/AL 都有差异,内置一张「标准表」等于替你用来源不明的数据做设计——这正是本站参数库红线:磁芯 Ae/Aw 以你选定的厂商规格书为准,工具不内置数值表。MOS 与二极管同理,只给耐压/电流档位建议(MOS 按 0.85 降额、二极管按 0.7 降额,均为工程惯例),不构成唯一选型,额定值以你选定的器件 datasheet 与样机实测波形为准。功率→磁芯型号档位卡只给「这个功率段常见用什么型号」的方向,最终用 AP 需求与 Ve 速估对照规格书核实。
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