開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)11頁(yè)

1、開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)1. 前言2. 變壓器設(shè)計(jì)原則3. 系統(tǒng)輸入規(guī)格4. 變壓器設(shè)計(jì)步驟4.1選擇開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管4.2計(jì)算變壓器匝比4.3確定最低輸入電壓和最大占空比4.4反激變換器的工作過(guò)程分析4.5計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值4.6計(jì)算變壓器初級(jí)電感量4.7選擇變壓器磁芯4.8計(jì)算變壓器初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度4.9滿載時(shí)峰值電流4.10 最大工作磁芯密度Bmax4.11 計(jì)算變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值4.12 計(jì)算原邊繞組、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率4.13 計(jì)算繞組的銅損4.14 變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝5. 實(shí)例設(shè)計(jì)12W Flyback變壓器設(shè)計(jì)1. 前言 反激變換器

2、優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉容易得到多路輸出應(yīng)用廣泛，比較適合100W以下的小功率電源 設(shè)計(jì)難點(diǎn)變壓器的工作模式隨著輸入電壓及負(fù)載的變化而變化低輸入電壓，滿載條件下變壓器工作在連續(xù)電流模式 ( CCM )高輸入電壓，輕載條件下變壓器工作在非連續(xù)電流模式 ( DCM )2. 變壓器設(shè)計(jì)原則 溫升安規(guī)對(duì)變壓器溫升有嚴(yán)格的規(guī)定。Class A的絕對(duì)溫度不超過(guò)90C；Class B不能超過(guò)110C。因此，溫升在規(guī)定范圍內(nèi)，是我們?cè)O(shè)計(jì)變壓器必須遵循的準(zhǔn)則。 成本開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，成本是主要的考慮因素，而變壓器又是電源系統(tǒng)的重要組成部分，因此如何將變壓器的價(jià)格，體積和品質(zhì)最優(yōu)化，是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)者努力的方向。3

3、. 系統(tǒng)輸入規(guī)格輸入電壓：Vacmin Vacmax輸入頻率：fL輸出電壓：Vo輸出電流：Io工作頻率：fS輸出功率：Po預(yù)估效率：最大溫升：404.0變壓器設(shè)計(jì)步驟4.1選擇開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管開(kāi)關(guān)管MOSFET:耐壓值為Vmos輸出二極管:肖特基二極管最大反向電壓VD正向?qū)▔航禐閂F4.2計(jì)算變壓器匝比考慮開(kāi)關(guān)器件電壓應(yīng)力的余量(Typ.=20%)開(kāi)關(guān)ON ： 0.8VD Vin max / N + Vo開(kāi)關(guān) OFF ： 0.8VMOS N( Vo+ VF) + Vin max匝比 ： Nmin N Nmax 4.3 確定最低輸入電壓和最大占空比輸入濾波電容：2F3F/W最低輸入電壓

4、( 假設(shè)tc=3ms )Vin min = (2Vac min)2-2 Pin ( T2 - tc )Cin最低輸入電壓，最大功率時(shí)，占空比最大DmaxDmax = N ( Vo+ VF )N Vo+ VF + Vin min4.4 反激變換器的工作過(guò)程分析低輸入電壓時(shí)，負(fù)載從輕載到重載，變壓器經(jīng)歷從DCM BCM CCM的過(guò)程高輸入電壓時(shí)，負(fù)載從輕載到重載，變壓器一直工作在DCM4.5 計(jì)算初級(jí)臨界電流均值和峰值按照最小輸入電壓，最大輸出功率(Pomax)的條件計(jì)算Po = 1/3Po max時(shí)，變換器工作在BCMPo 1/3Po max時(shí)，變換器工作在CCMBCM模式下，最小輸入電壓時(shí)的平

5、均輸入電流 Iin-avg = 13 PinVin min變壓器初級(jí)臨界電流峰值 Ip1 = Ipk1 = 2 Iin-avgDmax4.6 計(jì)算變壓器初級(jí)電感量最低輸入電壓，BCM條件下，最大通時(shí)間Ton max = 1fs Dmax變壓器初級(jí)電感量Lp = Vin min Ton maxIp14.7 選擇變壓器磁芯基于輸出功率和開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算面積乘積，根據(jù)面積乘積來(lái)選擇磁芯APp = Po 1062 Ko Kc fs Bm j Ko是窗口的銅填充系數(shù)：取 Ko=0.4Kc是磁芯填充系數(shù)；對(duì)于鐵氧體磁芯取 Kc=1Bm是變壓器工作磁通密度，取 Bm12 Bsatj是電流密度，取 j = 4.2

6、A/mm2考慮繞線空間，盡量選擇窗口面積大的磁芯，查表選擇Aw和Ae4.8 計(jì)算變壓器初級(jí)、次級(jí)匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度初級(jí)繞組的匝數(shù)Np = Vin min ton maxAe Bm108增加或者減小匝數(shù)只會(huì)分別引起磁芯損耗減小或增加在100kHz條件下，損耗與B2.86成正比，匝數(shù)減小5%會(huì)使磁芯損耗增加15%次級(jí)繞組匝數(shù) Ns = Np / N輔助繞組匝數(shù) Ncc = ( Vcc + 1 ) Ns / ( Vo+ VF )氣隙長(zhǎng)度 : lg = 0.4 Ae N2Lp4.9 滿載時(shí)峰值電流CCM時(shí)，Ton max固定不變輸入電壓不變，BCM的Ton max等于CCM的Ton maxT

7、on max內(nèi)，電感電流線形上升增量 Ip1 = Vin min Ton maxLp = Ip2低輸入電壓，滿載條件下 Po = 12 Lp (I2pk2 I2pk0 ) fs變壓器初級(jí)峰值電流 Ipk2 = Po / Vin min Dmax+ IP224.10 最大工作磁芯密度BmaxBmax = Lp Ipk2Ae Np108 Bsat如果Bmax Vin max / N + Vo 0.8 100 375 / N +120.8 Vmos N ( Vo + VF ) + Vin max 0.8 600 N ( 12 + 0.5 ) +3755.5 N 0.066 cm25.8 變壓器初級(jí)匝

8、數(shù)、次級(jí)匝數(shù)、輔助繞組匝數(shù)和氣隙長(zhǎng)度Np = 77 9.8 10-60.335 1600108 = 140.7 取 Np = 140 TsNs = 140 / 6 = 23.3 Ts 取 Ns = 23 Ts Ncc = 19 23 / 12.5 35 Tslg = 0.4 33.5 14022.6 = 0.2 mm5.9 滿載時(shí)峰值電流、最大工作磁通密度Ipk2 = Po / VinminDmax + Ip2 = 1677 0.49 + 0.14 = 0.56 ABmax = Lp Ipk2Ae Np = 2.610-3 0.560.335 140108 = 3100G 3900G5.10

9、變壓器初級(jí)電流、副邊電流的有效值原邊各電流：電流中值 Ipa = 0.42A 電流有效值 Iprms = 0.29A電流直流值 Ipdc = 0.20A 電流交流值 Ipac = 0.208A副邊各電流：電流直流值 Isdc = 1A 電流有效值 Isrms = 1.38A電流中值 Isa = 1.92A 電流交流值 Iac = 0.959A5.11 計(jì)算原邊、副邊繞組的線徑，估算窗口占有率線徑及根數(shù)集膚深度 = 6.61 / fs = 6.61 / 50 103 = 0.29 cm導(dǎo)線的橫截面積：電流密度 j = 4.25A / mm2初級(jí)繞組：Sp=0.068mm20.25mm 1PRDC

10、 = 4.523m/cm ( 100 )副邊繞組：Ss = 0.328mm20.40mm2PRDC = 0.892m/cm ( 100 )Vcc繞組：Scc = 0.1/4.2 = 0.024mm2 0.1mm2P窗口占有率：0.4 60.48 140 0.1252 + 23 0.22 + 35 0.08224.2 13.6 OK5.12 計(jì)算繞組的銅損平均匝長(zhǎng) lav = 23.5 mm各繞組繞線長(zhǎng)度：原邊 lNp = 140 23.5 = 329 cm副邊 lNs = 23 23.5 = 54.0 cm各繞組直、交流電阻：原邊Rpdc=1.45 Rpac=2.38副邊Rsdc=0.024

11、Rsac=0.038Vcc繞組電流過(guò)小，忽略繞組損耗各繞組損耗：Pu = 0.30W Pp= Iprms 2 Rpdc+ Ipac2 Rpac=0.22WPs= Isrms 2 Rsdc+ Isac2 Rsac=0.08W5.13 計(jì)算繞組的鐵損計(jì)算鐵損：查磁芯損耗曲線，PC40在 B = 0.15T時(shí)為80mW / cm3鐵損 PFe = 80 1.5 = 0.12 W估算溫升總損耗 Ploss = 0.12 + 0.30 = 0.42 W經(jīng)驗(yàn)公式 T 800 0.4234 33.5 60.48 = 22 40設(shè)計(jì) OK5.14 變壓器繞線結(jié)構(gòu)及工藝?yán)@線寬度高度累計(jì)查EF20 Bobbin 繞線寬度W=12.1mm，高度