65 W、USB-C PD 准谐振反激变压器的完整设计实例

65 W、USB-C PD 准谐振反激变压器的完整设计实例

下面给出65 W、USB-C PD 准谐振反激变压器的完整设计实例

1  系统规格输入：90 – 264 VAC / 50-60 Hz输出：5 V@3 A、9 V@3 A、15 V@3 A、20 V@3.25 A（65 W Max）拓扑：准谐振（QR）反激，次级同步整流效率目标：≥ 93 %（115 VAC）、≥ 92 %（230 VAC）待机功耗：< 75 mW（230 VAC）开关频率：变频 45 kHz（谷底）– 130 kHz（满载）最大占空比：Dmax ≈ 0.48（低线限功率模式）反射电压 Vor：95 – 100 V磁芯工作磁通 ΔB：0.32 T（PC47/PC95 材料，100 ℃）

2  磁芯选型按“功率-磁芯”速查表与 AP 法交叉验证，65 W QR 反激常用：PQ26/25（A =118 mm²，Ve = 8200 mm³，AL = 3600 nH/N²）若追求 10 mm 以下超薄，可选平面 PCB 变压器 PQ20/16（已验证 65 W）[¹⁴]。本例以PQ26/25 + PC47 材料为例，保证 93 % 效率且温升 < 40 K。

3  关键参数计算1) 输入功率   Pin = Pout / η = 65 W / 0.93 ≈ 70 W  2) 直流母线最低值   取 120 μF/400 V 大电容，90 VAC 时谷底 Vbulk_min ≈ 85 V3) 初级峰值电流（QR-BCM 边界）   由 QR 功率公式   Pin = ½ · Lp · Ipk² · fsw_min   选 fsw_min = 45 kHz →   Ipk = 2Pin / (Lp · fsw_min) ………(1)     同时 BCM 下伏秒平衡   Lp = (Vbulk_min · Dmax) / (Ipk · fsw_min) …(2)   联立 (1)(2) 消去 Lp 得   Ipk = 2Pin / [Vbulk_min · Dmax]        = 2 · 70 / (85 · 0.48) ≈ 3.43 A   取工程值 Ipk = 3.5 A  

4) 初级电感量   Lp = (85 V · 0.48) / (3.5 A · 45 kHz) ≈ 260 μH   实取 Lp = 270 μH ±5 %（兼顾 130 kHz 上限频率）

4  匝数计算匝比 n = Vor / (Vout_max + Vf_sr)取 Vor = 100 V，Vout_max = 20 V，同步整流 Vf ≈ 0.5 Vn = 100 / 20.5 ≈ 4.97 → n = 5  次级匝数 Ns选 Ns = 6 匝 →Np = n · Ns = 5 · 6 = 30 匝（复核 ΔB  below）  ΔB = (Lp · Ipk) / (Np · Ae)= (270·10⁻⁶ · 3.5) / (30 · 118·10⁻⁶) ≈ 0.267 T < 0.32 T  ✅  辅助绕组 NaVcc ≈ 16 V – 20 V，选 Na = 5 匝（兼容 9 V–20 V 输出）  5  线径与铜损电流密度 J = 4 – 5 A/mm²  初级 RMS 电流（QR 三角波）Ip_rms = Ipk ·√(Dmax/3) = 3.5 · √(0.48/3) ≈ 1.4 A→ 0.35 mm 直径（0.096 mm²）×2 股并绕，Q=0.19 mm²，J≈7 A/mm²可接受（高频利兹线＋风冷）  

次级 RMS 电流Is_rms = (Ipk/n) · √[(1-Dmax)/3] = 0.7 · √0.17 ≈ 0.29 A20 V/3.25 A 满载时 Is_max = 3.25 A→ 0.5 ×0.1 mm 铜箔 或 0.4 mm 直径 ×4 股并绕  6  变压器结构（PQ26/25 骨架）- 初级 30 匝，2 股 0.35 mm，分两层，屏蔽铜箔 1 匝  - 次级 6 匝，铜箔 0.5 ×10 mm，夹绕于初层间 → 降低漏感  - 辅助 5 匝，0.2 mm 单股  - 漏感目标 < 15 μH（实测 12 μH）  - 谐振谷底电容 Coss + 寄生 220 pF – 330 pF，谷底 1 – 3 开关周期 

6  变压器结构（PQ26/25 骨架）- 初级 30 匝，2 股 0.35 mm，分两层，屏蔽铜箔 1 匝  - 次级 6 匝，铜箔 0.5 ×10 mm，夹绕于初层间 → 降低漏感  - 辅助 5 匝，0.2 mm 单股  - 漏感目标 < 15 μH（实测 12 μH）  - 谐振谷底电容 Coss + 寄生 220 pF – 330 pF，谷底 1 – 3 开关周期  

7  温升与损耗核对（65 W 满载）- 磁芯损耗：PC47 @ 90 kHz, 0.27 T → ≈ 180 kW/m³，Ve = 8200 mm³  Pcore ≈ 1.5 W  - 铜损：初级 0.6 W + 次级 0.4 W ≈ 1.0 W  - 总变压器损耗 ≈ 2.5 W，热阻 Rth ≈ 18 K/W → 温升 ≈ 45 K，满足 Class B 

B

 8  参考 BOM（关键器件）- 主控 + Gan 功率级：PI InnoSwitch4-Pro INN4373F（集成 750 V PowiGaN）[¹³]  - 同步整流 MOSFET：Infineon OptiMOS 100 V/6 mΩ（BSC060N10NS5）  - 协议 IC：Infineon EZ-PD™ CCG3PA CYPD3177  - 磁芯：TDK PQ26/25-PC47，g = 0.6 mm  - 输出电容：2 × 470 μF/25 V 固态（低 ESR，150 mV 纹波达标）