在当今众多的变换器拓扑结构中，反激式拓扑是最常用的一种。尽管很简单，但这种变换器设计却赋予很多应用巨大的优势。近年来，很多更新、更复杂的拓扑结构不断出现，但反激式变换器设计仍然很流行。

  这种开关模式电源变换器在中低功率范围（约 2W 至 100W）内提供了极具竞争力的尺寸、成本与效率比。反激式变换器的操作基于，它实现了电源转换，同时还可以隔离变换器的输入和输出。耦合电感器还支持多个输出，这使反激式变换器成为多种应用的理想选择。

  反激式变换器的基本组成元件与大多数其他开关变换器拓扑相同，唯一的不同是它采用了耦合电感器，它将变换器的输入与输出隔离（见图 1）。

  反激式变换器有两个信号半周期： tON和 t 和OFF,它们以MOSFET的开关状态命名并受其控制。

  在tON期间，MOSFET处于导通状态，电流从输入端流经原边电感器并对耦合电感器进行线性充电。在tOFF期间, MOSFET处于关断状态，耦合电感器开始通过二极管去磁。来自电感器的电流为输出电容器充电并为负载供电。

  设计一个反激式变换器需要做出许多重要的设计决策与权衡。下面我们将介绍一个简单的反激式变换器设计过程中的每个步骤。图2显示了我们将遵循的设计流程。

  设计输入或由最终应用确定，或由设计人员来选择。这些参数包括但不限于：输入和输出电压、功率、纹波系数和操作模式。表1罗列了本文所讨论电路的设计输入。

  非连续导通模式 (DCM)具有较高的稳定性和效率，我们为此应用选择了该模式。这在某种程度上预示着该解决方案的纹波系数为1。

  其最大占空比固定为50%，以最大限度地减少应力并均衡利用MOSFET和二极管。开关频率则选择为160kHz。

  为使计算更加实际，变换器的估算效率也被定义。尽管该估值相比来说较低（约80%），但却是低功率反激式变换器的常见效率值。

  根据所有这些输入，设计人员一定选择满足所有初始要求的。本例采用了MPS的MP6004 是一款仅支持DCM模式的反激式控制器。它还提供原边调节功能，可减少外部组件的数量。

  第一个设计计算用于找到最大原边电感值。有许多不同的设计办法能够用于计算该值，但本例中的变换器始终运行在DCM模式，因此我们采用如下的公式 (1)来计算原边电感值(LP):

  最坏情况出现在变换器以最小输入电压（VIN）和最大占空比（D）且全功率工作时。将设计输入代入公式（1） ，能够获得最大电感器限值为53μH。

  接下来计算所需的匝数比 (nS1)。我们仍使用最小VIN和最大D以得到最坏情况下的值，同时增加二极管的正向压降以使计算更加精确。用等式(2)来估算nS1：

  下一步是为应用选择正真适合的MOSFET。为此，我们应该计算开关一定要承受的最大电流和电压。首先利用公式 (3) 来计算最大电压：

  注意， VDS_ MAX上增加了20%的安全裕度，以确保变换器的安全运行。然后我们利用公式 (4) 来估算最大电流：

  查看MP6004 控制器规格，不难得知MOSFET的VDS_ MAX 为180V，最大电流为3A。这在某种程度上预示着该控制器IC可以在此应用中安全使用。

  该步骤用于评估整流二极管。与MOSFET一样，其目的是确保整流二极管可处理它可能遇到的最大电压和电流。 首先利用公式（5）来计算二极管能承受的最大电压：

  我们用一个估值来确定输出电容的值，即忽略电路的二阶方面，如寄生分量和输出串扰。利用公式 (6) 来估算电容的电压值：

  请注意，如果该公式用于tON,则可以大幅度简化。利用公式 (7) 计算输出电压纹波：

  接下来，选择一个电容值以得出最佳纹波电压。本例使用了一个250μF的电容器，其输出电压纹波为12.5mV。

  下一步是变压器的设计。变压器选型需要做出许多设计决策，例如磁芯材料和磁芯形状的选择。每种选择都有其特定的优势，在本例中，我们选用了常见的双E形铁氧体磁芯（见图3）。

  用于计算变压器面积的方法称为AP法。它将变压器的总面积定义为绕组窗口面积与磁芯横截面面积的乘积，所有变压器的磁通量都汇集于这些位置（见图 4）。

  现在，我们已定义了方法和设计参数，然后就能够最终靠一组快速计算来设计变压器。

  BMAX通常是已确定的输入参数；对于铁氧体磁芯，一般在0.2T到0.3T之间。使用AP 法，最后可以再一次进行选择一个EE13磁芯和一个最小长度为0.28mm的变压器骨架。

  然后计算适合这个变压器的最大原边匝数和副边匝数，并保证符合等式 (2)中计算出的匝数比。用公式 (10) 计算原边匝数：

  设计流程的最后一步是找到比较合适的缓冲器值。缓冲电路有助于减轻开关节点的电压尖峰，这些尖峰是由于变压器漏电感和电路中杂散电容之间的振铃而导致。假如没有缓冲器，电压尖峰会增大噪声，甚至会导致MOSFET击穿。图5显示了带缓冲电路的反激式变换器。

  缓冲器的设计过程包括三个阶段。首先，预估漏电感约为原边电感的2%；其次，设置最大缓冲器电容电压纹波为 10%；最后就可以估算出缓冲器组件的值。

  在计算出变换器的所有组件值后，MP6004 稳压器就可以与其外部组件配对，构建出一个全功能反激式DC/DC变换器。

  注意，该电路包括了前面已提到的元件，如原边电感器(LP),辅助电感器 (LP2),输出电容器（由C2A, C2B, 和 C2C并联组成，以提高频率响应）,整流二极管(D1), 和缓冲电路。

  图6显示了电路的最终设计以及新的组件，例如MP6004原边控制器。该控制器包含MOSFET开关及其所有相关电路，还包括一些用于噪声过滤的附加组件。

  本文采用MPS的MP6004 演示了如何通过八个简单的步骤设计一个反激式变换器。尽管在设计准备好实施之前还有很多因素需要仔细考虑，例如通过EMC测试、控制回路设计和元件选型，但建立一个清晰的计算和选型方法非常重要。

  许多设计决策都将对系统的整体行为产生重大影响，因此建立输入设计参数是关键的第一步。这些参数设置了变换器设计的约束条件，其余步骤都将依据这一些规格来选择值。